用于微波滤波器的Tl2Ba2CaCu2O8超导薄膜

本文报导用磁控离子溅射和后热处理方法在LaAlO3(001)衬底上制作2英寸双面Tl2Ba2CaCu2O8(Tl-2212) 超导薄膜的方法和薄膜的特性.XRD测试表明薄膜具有纯的Tl-2212相和c轴垂直于膜面的织构.衬底两侧薄膜的结晶形貌和超导电性均匀,超导转变温度Tc一般为105 K左右,液氮温度下临界电流密度Jc>2×106A/cm2,10GHz频率下表面电阻最小达到350μΩ,可满足超导微波滤波器实用的需要.     

激光淀积YBa2Cu3O7外延超导薄膜

利用准分子脉冲激光成功地在(100)SrTiO_3与(100)Y-ZrO_2衬底上淀积了 YBa_2Cu_3O_7超导薄膜,T_c(R=0)>90K,J_c(T<82K)>1×10~6A/cm~2.研究了衬底温度对外延YBa_2Cu_3O_7薄膜超导性能及结构的影响.     

Al_2O_3衬底MgB_2薄膜的超导特性随薄膜厚度的变化

近来超薄MgB2薄膜被认为在研制新型超导电子器件方面具有比较重要的应用前景,对其超导特性的研究同时对理解低维度情形下的多带超导电性也有重要意义.在(0001)Al_2O_3衬底上,我们利用混合物理化学气相沉积方法生长了一系列厚度在50 nm至10 nm的MgB2超导薄膜,测量了薄膜的电阻率—温度曲线及其在不同磁场下的超导转变,考察了薄膜的基本特性参数如超导转变温度T_c、剩余电阻比RRR及超导上临界磁场H_(c2)等随薄膜厚度d的变化.测量发现H_(c2)(T)随温度变化呈现出线性依赖关系,反映出MgB_2薄膜的两带超导特性.随着d的降低,发现薄膜的T_c及RRR值逐渐下降,0 K时的H_(c2)(0)逐渐升高.进一步地,我们发现薄膜的T_c与H_(c2)(0)都随RRR值呈现出比较单调的变化:T_c随RRR值降低而降低,H_(c2)(0)随RRR值降低而升高,表明RRR值是影响薄膜超导特性的比较重要的变量.依照两带超导理论对此现象的分析表明,与薄膜的RRR值降低相伴随的可能是MgB_2薄膜内σ带电子和π带电子的带间散射率的增强.     

Al_2O_3衬底MgB_2薄膜的超导特性随薄膜厚度的变化

近来超薄MgB_2薄膜被认为在研制新型超导电子器件方面具有比较重要的应用前景,对其超导特性的研究同时对理解低维度情形下的多带超导电性也有重要意义.在(0001)Al_2O_3衬底上,我们利用混合物理化学气相沉积方法生长了一系列厚度在50nm至10nm的MgB_2超导薄膜,测量了薄膜的电阻率—温度曲线及其在不同磁场下的超导转变,考察了薄膜的基本特性参数如超导转变温度T_c、剩余电阻比RRR及超导上临界磁场H_(c2)等随薄膜厚度d的变化.测量发现H_(c2)(T)随温度变化呈现出线性依赖关系,反映出MgB_2薄膜的两带超导特性.随着d的降低,发现薄膜的T_c及RRR值逐渐下降,0K时的H_(c2)(0)逐渐升高.进一步地,我们发现薄膜的T_c与H_(c2)(0)都随RRR值呈现出比较单调的变化:T_c随RRR值降低而降低,H_(c2)(0)随RRR值降低而升高,表明RRR值是影响薄膜超导特性的比较重要的变量.依照两带超导理论对此现象的分析表明,与薄膜的RRR值降低相伴随的可能是MgB_2薄膜内σ带电子和π带电子的带间散射率的增强.     

高温超导HgBa2Ca2Cu3O8+δ薄膜的制备

我们曾用离子注入法,脉冲激光沉积等方法制备出了HgBa2Ca2Cu3O8+δ超导薄膜.但这些方法费用昂贵,难度较大.因此我们探索利用化学雾化技术在衬底上制备HgBa2Ca2Cu3O8+δ超导薄膜.制备过程包括两个步骤:第一步控制衬底温度制备Ba-Ca-Cu-O薄膜,并退火得到Ba-Ca-Cu-O前驱物;第二步,控制衬底温度并将HgCl2喷射在Ba-Ca-Cu-O前驱物薄膜上得到Hg-Ba-Ca-Cu-O薄膜,并将所得薄膜在氧气中氧化.目前我们正在探索利用这一技术来制备Hg-1223高质量的超导薄膜.     

电子束蒸发在Si衬底上制备MgB2超导薄膜

利用电子束蒸发法在 Si(111)衬底上制备了 Mg B2 超导薄膜。首先在衬底上按照 1∶ 2的原子比交替蒸发 Mg和 B,所形成的夹层先驱膜在 15 0 Pa99.99% Ar气氛下进行原位热处理 6 30℃× 30 m in。实验发现超导薄膜在正常态下无半导体电阻特性 ,超导起始转变温度为 2 4 .7K,零电阻温度为 16 .5 K。     

外延生长Re-Ba-Cu-O(Re=Y,Er,Ho,Gd,Sm)超导薄膜的结构研究

利用平面靶直流磁控溅射装置成功地制备了外延生长 ReBa_2Cu_3O_(7-x)(Re=Y,Er,Ho,Gd,Sm)超导薄膜,其中 YBa_2Cu_3O_(7-x)薄膜的临界电流密度(77.3K)达到了1.4×10~6A/cm^2.利用 X 射线衍射和小角掠入射高能电子衍射技术分析了外延薄膜的晶体结构、晶格参数及外延取向.在(100)和(110)SrTiO_3衬底上外延生长的 ReBa_2Cu_3O_(7-x) 薄膜,由于衬底取向、衬底温度和氧分压的不同,显示出有四种不同外延取向的趋势.文中还讨论了影响薄膜外延生长的因素.     

沉积温度对YBCO薄膜取向的影响

采用脉冲激光沉积技术(PLD)在SrTiO3(100)单晶衬底上制备YBCO薄膜,用X射线对薄膜的取向和织构进行表征,用扫描电子显微镜(SEM)对薄膜的表面形貌进行观察.实验主要研究了衬底温度对薄膜外延取向的影响,结果表明在770℃温度下制备的YBCO有较多的a轴晶粒生成,在800℃温度下制备的YBCO是纯的c轴取向,且平均面内φ扫描半高宽(FWHM)为1.2°,超导转变宽度(△Tc)为0.9K.     

蒸发条件对碘化铅多晶薄膜结构的影响

采用真空蒸发法在普通玻璃上制备了PbI₂多晶薄膜.研究了蒸发速率、蒸发源与衬底距离、薄膜厚度以及衬底温度等实验条件对所制备PbI₂多晶薄膜结构的影响.利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对样品进行了测试.结果表明，在衬底温度为室温时得到(001)择优取向的多晶PbI₂薄膜，即沿c轴垂直衬底方向取向生长的薄膜.当衬底温度升高时，薄膜的择优取向逐渐由(001)转向(003)，且晶体颗粒变大.薄膜中的内应力随衬底温度的升高而降低.     

瞬态液相辅助的 YBa2Cu3O7-δ 超导薄膜快速成相及界面反应

高温超导涂层导体因其良好的强电强磁应用前景备受关注. 本文在无氟金属有机沉积(FF-MOD) 工艺中, 通过快速将低氧压气氛切换到高氧压(p O2 ) , 实现了 YBa2Cu3 O7 -δ (YBCO) 薄膜在 LaMnO3 (LMO)/IBADMgO/Y2 O3/Al2 O3/Hastelloy 衬底上的瞬态液相和高速外延生长. 研究了快速成相的氧分压和最高晶化温度的影响, 关注超导薄膜与种籽层之间的界面反应而产生的 BaMnO3 (BMO) 异质相, 对 BMO 的成核和生长机制进行了研究, 分析了 BMO 含量对 YBCO 薄膜织构与超导性能的影响. 结果表明低晶化温度、 低氧分压气氛能够有效抑制BMO 的形成, 而低含量 BMO、 强c 轴取向有利于获得高性能的 YBCO 薄膜.     

GdBa2Cu3O7超导薄膜在晶格失配的MgO衬底上的生长

我们采用直流磁控溅射快速原位处理的方法,在(100)MgO 衬底上制备了一系列的GdBa_2Cu_3O_7超导薄膜样品.我们发现,在800℃左右的衬底温度下制备的超导薄膜样品,为纯 C 轴垂直膜面生长的外延膜,(005)峰摇摆曲线的半高峰宽△ψ为0.4°—0.5°,但其零电阻转变温度 T_(co)只有84—85K,转变宽度ΔT_c 为1.5—2K.而在670℃左右衬底温度下制备的超导薄膜,有的为纯 c 轴垂直膜面生长的外延膜,有的为 c 轴垂直膜面取向为主,含少量(110)取向和 a 取向,(005)峰摇摆曲线的半高峰宽Δψ为0.6°—0.9°,但其零电阻转变温度 T_(co)达89—91K,转变宽度ΔT_c 为0.6—1K.     

硅掺杂MgB_2超导薄膜的制备及研究

本文报道了基于混合物理化学气相沉积法(Hybrid physical-chemical vapordeposition,简称为HPCVD),以硅烷热解出的Si原子作硅源,在SiC衬底上原位生长了一系列硅掺杂MgB_2超导薄膜样品.样品中最大硅掺杂量是9%.与纯净的MgB_2薄膜相比较,掺杂样品的超导临界转变温度T_c没有大幅下降,超导临界电流J_c得到了一定提升.在温度为5K,外加垂直磁场为3T的条件下,样品的临界电流密度最大达到2.7×10~5Acm~(-2).同时上临界场H_(c2)在超导转变温度附近对于温度的变化曲线斜率—dH/dT也有一定的提高.     

Al2O3衬底MgB2超薄膜的研究

我们利用混合物理化学气相沉积法(Hybrid physical-chemical vapor deposition简称为HPCVD)在(000l)Al2O3衬底上制备了系列干净的MgB2超薄膜,并通过R-T测量、SEM测量、M-T测量、XRD测量对它们进行了表征,探究了其超导电磁性能和薄膜的生长机制.其中的7.5nm厚的MgB2超薄膜为已报导的蓝宝石衬底上生长的性能最高的超薄膜.     

MgO衬底上YBa2Cu3O7-δ台阶边沿型约瑟夫森结的制备及特性

MgO衬底上的YBa2Cu3O7-δ(YBCO)台阶边沿型约瑟夫森结(台阶结)在高灵敏度高温超导量子干涉器(superconducting quantum interference device,SQUID)等超导器件研制方面具有重要的应用价值和前景.本文对此类YBCO台阶结的制备和特性进行了研究.首先利用离子束刻蚀技术和两步刻蚀法在MgO(100)衬底上制备陡度合适、边沿整齐的台阶,然后利用脉冲激光沉积法在衬底上生长YBCO超导薄膜,进而利用紫外光刻制备出YBCO台阶结.在结样品的电阻-温度转变曲线中,观测到低于超导转变温度时的电阻拖尾现象,与约瑟夫森结的热激活相位滑移理论一致.伏安特性曲线测量表明结的行为符合电阻分路结模型,在超导转变温度TC附近结的约瑟夫森临界电流密度TC随温度T呈现出(TC-T)^2的变化规律,77 K时JC值为1.4×10^5 A/cm^2.利用制备的台阶结,初步制备了YBCO射频高温超导SQUID,器件测试观察到良好的三角波电压调制曲线,温度77 K、频率1 kHz时的磁通噪声为250μΦ0/Hz^1/2.本文结果为进一步利用MgO衬底YBCO台阶结研制高性能的高温超导SQUID等超导器件奠定了基础.     

高质量镍基超晶格薄膜的制备及表征

自发现镍基超导薄膜之后, 镍基材料体系已成为当前人们的研究热点. 而在相关报道中, 普遍认为高质量的镍基超导前驱体薄膜的制备对其拓扑还原后超导电性的实现具有重要影响. 前期研究表明高质量的前驱体薄膜只生长在SrTiO3 衬底附近, 这与我们的实验结果一致. 为了可控制备高质量的镍基超导前驱体薄膜, 本文利用脉冲激光沉积(PLD) 技术在SrTiO3 (001) 衬底上生长不同厚度的可层选择性还原的[SrTiO3 ]m/[ Nd0 .8Sr0 .2 NiO3 ]n[(STO)m/(NSNO)n ]超晶格薄膜. 采用反射高能电子衍射仪(RHEED) 及透射电子显微镜(STEM) 和 X 射线衍射(XRD) 技术对超晶格薄膜的结构进行原位检测及结构表征, 然后利用综合物性测量系统(PPMS) 测试薄膜的电磁输运性质. 结果表明, 超晶格薄膜的结构质量良好, 超晶格薄膜和高质量单层前驱体薄膜表现出类似的电阻和磁阻现象. 该研究为后续镍基超导薄膜的可重复制备提供了重要的参考.     

离子束溅射原位沉积制备YBa_2Cu_3O_(7-δ)超导薄膜

利用离子束溅射技术在ZrO_2衬底上原位制备出YBa_2Cu_3O_(7-δ)高温超导薄膜。薄膜的零电阻温度T_(co)=88K,临界电流密度J_c(77K)=5.2×10~5A/cm~2用X射线衍射和扫描电镜分析了薄膜特性。本文结果表明用离子束溅射法可原位沉积制备出高质量的超导薄膜。     

在SrTiO3, NdGaO3衬底上生长的HgBa2CaCu2Oy超导薄膜

通过两步法,在SrTiO3, NdGaO3衬底上制备了HgBa2CaCu2Oy 高温超导薄膜,X射线衍射实验结果证明了薄膜是c-轴外延生长的.电阻温度测量表明薄膜的超导零电阻转变温度(Tc)>115K和临界电流Jc>0.4MA/cm2(77K,零磁场),而且重复性很好.扫描电镜实验揭示了薄膜是层状生长的,晶粒是四方形和八角形的,实验证实基于碳酸盐的靶也是适合于制备汞系铜氧化物高温超导膜的.     

高Tc台阶结Josephson器件

采用预先在衬底上刻蚀出台阶然后原位外延生长高 T_c 超导薄膜的工艺,制备了高 T_c 台阶结 Josephson 器件.文中研究了直流 Josephson 电流对温度和外加微波功率的关系,实验结果与磁通流器件的行为基本相符.     

(0001)SiC衬底MgB_2超薄膜的制备和性质研究

利用混合物理化学气相沉积法(Hybrid physical-chemical vapor deposition简称为(HPCVD)在(0001)SiC衬底上制备了干净的MgB2超导超薄膜.在背景气体、压强、载气氢气流量以及B2H6的流量一定的情况下,改变沉积时间,制得一系列MgB2超薄膜样品。通过观察样品的表面形貌变化探究了MgB2超薄膜的生长过程.该系列超薄膜的生长遵循Volmer-Weber岛状生长模式且沿c轴外延生长.以20nm超薄膜作为例子,可知其表面连接性良好,超导转变温度Tc(0)≈38.5K,临界电流密度Jc≈0.82×107 A/cm2,表明了利用HPCVD在(0001)SiC衬底上制备的MgB2超薄膜有很好的性能.这预示其在超导电子器件上具有广阔的应用前景.     

衬底温度对非极性ZnO薄膜结晶性能和发光特性的影响

采用金属有机化学汽相沉积(MOCVD)设备在LiGaO2(100)衬底上制备了结晶性能良好的非极性ZnO薄膜.研究了衬底温度对ZnO薄膜结晶性能的影响.X射线衍射(XRD)分析结果表明在衬底温度为500℃时可以获得高质量的(1100)晶面取向的非极性ZnO薄膜.采用原子力显微镜(AFM)观察ZnO薄膜的表面形貌及晶体尺...