Eu2CuO4缓冲层和YBCO超导薄膜的制备及研究

本文用脉冲激光淀积法在LaAlO3(100)基片上外延生长Eu2CuO4薄膜缓冲层和YBCO超导薄膜,用X射线衍射扫描分析表明ECO薄膜为c轴取向.     

高温超导YBa2Cu3O7-δ-Y2O3多层薄膜的制备及性能表征

采用脉冲激光沉积技术(PLD)在LaAlO3(100)单晶衬底上外延生长YBa2Cu3O7-δ-Y2O3多层薄膜,用X射线衍射技术(XRD)分析薄膜的物相结构和外延特性,通过原子力显微镜(AFM)观察薄膜的表面形貌.本文主要研究了最佳工艺参数下交替生长多层YBCO-Y2O3膜的超导性能.结果表明,YBa2Cu3O7-δ-Y2O3薄膜为纯c轴取向外延生长,临界电流密度Jc(H=0或H//C)均高于纯YBCO薄膜,纳米Y2O3起到磁通钉扎中心作用.     

YBa2Cu3O7-δ/La0.6Pb0.4MnO3多层膜的制备及激光感生热电电压效应的研究

采用脉冲激光沉积法在倾斜LaAlO3(100)衬底上制备了(YBa2Cu3O7-δ/La0.6Pb0.4MnO)L(L为多层膜周期数)外延多层膜.X射线衍射谱显示(YBCO/LPMO)L多层膜沿c轴生长.观察到多层膜中有很大的激光感生热电电压(LITV)出现,与YBa2Cu3O7-δ(YBCO)和La0.6Pb0.4MnO3(LPMO)单层膜相比,多层膜的LITV信号有约一个数量级的增强.讨论了影响(YBCO/LPMO)L多层膜的LITV效应的因素.     

磁控溅射法LaMnO_3帽子层的外延生长探究

采用卷对卷装置通过直流反应磁控溅射法在离子束辅助沉积(IBAD)的MgO上生长获得了纯c轴织构的LaMnO_3(LMO)帽子层,详细研究了不同基底温度、氧分压、溅射功率及不同MgO基底对LMO帽子层微结构及其性能的影响,研究表明,LMO具有一定的生长优化工艺,而IBAD-MgO基底性能对LMO的外延生长的影响尤为显著.在最优条件下,最终获得了纯c轴织构、面内外半高宽都较小且表面比较致密平整的LMO帽子层,以此LMO薄膜作为缓冲层,通过化学法外延生长的YBCO超导薄膜,其77K自场下Jc达到1.69 MA/cm~2.     

金属有机化合物气相外延生长GaN薄膜的电子微结构研究

研究了金属有机化合物气相外延(MOVPE)方法在(0001)氧化铝基底上生长的GaN薄膜的微结构,目的在于解释GaN缓冲层在二步法生长过程中的作用及其对外延层晶体质量的影响.在缓冲层中观察到了高密度的结构缺陷,并发现了两种晶体结构(立方和六角)的GaN.进而对两种结构GaN的成因进行讨论,并对缓冲层和外延层中结构缺陷的关系进行了研究.     

电沉积 YBa2Cu3O7-涂层导体 Y2O3种子层的外延生长研究

电化学沉积是一种工艺简单、 成本低廉、 并且易于批量生产 YBa2Cu3 O7 -δ 涂层导体缓冲层的方法. 本文成功的在双轴织构的 Ni-5at. % W (Ni-5 W) 金属基带上外延生长了 Y2 O3 缓冲层薄膜. 原子力显微镜 (AFM) 测量表明 Y2 O3 薄膜表面致密, 粗糙度小, 其表面粗糙度仅为1 .8 nm. 电化学沉积与磁控溅射相结合获得了 MS-GZO/EDY2 O3 双层缓冲层, 在此缓冲层结构上成功地外延生长了 YBa2Cu3 O7 -δ 超导层, 液氮温度下临界电流密度J c 为0.65 MA/cm2     

AlN缓冲层对ZnO薄膜质量的影响

采用脉冲激光沉积法以AlN为缓冲层在Si(100)衬底上制备了ZnO薄膜,并测量了样品的XRD谱、SEM图和PL谱.结果表明,AlN缓冲层可以提高Si衬底上外延生长ZnO薄膜的晶体质量.改变缓冲层的生长温度(50～500 ℃)所制备样品的测量结果表明,较低温度下生长的AlN缓冲层有利于制备高质量的ZnO外延层薄膜,其中AlN缓冲层生长温度为100 ℃时外延生长ZnO薄膜晶体质量最好.     

IBAD技术制备涂层导体用YSZ缓冲层长带的研究

在钇钡铜氧(YBCO)高温超导涂层导体制备路线中,离子束辅助沉积技术(IBAD)是两大主流技术路线之一,取得了最为突出的研究成果.本文简要介绍了IBAD技术制备YBCO涂层导体的最新研究进展;并采用离子束辅助沉积技术在哈氏合金(Hastelloy)基底上成功制备了1米长具有钇稳定氧化锆(YSZ)缓冲层的金属基带.采用X射线衍射仪(XRD)分析YSZ缓冲层的取向;利用原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(FESEM)观察其表面形貌.获得了可以实际应用的IBAD-YSZ/Hastelloy缓冲层长基带,可以在该基带上研制其他缓冲层以制备YBCO高温超导涂层导体带材.     

制备45°双外延超导结的新工艺

我们使用脉冲激光沉积方法对YBa2Cu3O7-δ(YBCO)薄膜在MgO基片上通过CeO2/YSZ双缓冲层的生长进行了系统的研究,发现MgO单晶基片的表面质量是决定能否得到理想外延薄膜质量的关键因素,通过使用低能离子束对MgO表面进行轰击,以增加其表面粗糙度和去除变质层,得到了具有100%面内45°旋转的YBCO外延膜,其临界电流密度77K时在106A/cm2量级.通过湿法刻蚀得到的双外延Josephson结表现出RSJ特性.     

YBa2Cu3O7-δ薄膜厚度在多层异质结构(Ag/Ba0.1Sr0.9TiO3/YBa2Cu3O7-δ/LaAlO3)中对Ba0.1Sr0.9TiO3介电性能的影响研究

铁电/超导(Ba, Sr)TiO3/YBa2Cu3O7-δ异质结在可调谐微波器件方面具有非常好的应用前景.我们采用1.2°斜切LaAlO3基片,以脉冲激光沉积法(PLD)制备出性能较好的Ba0.1Sr0.9TiO3/YBa2Cu3O7-δ (BST/YBCO)异质薄膜.并进一步研究了YBCO薄膜厚度对BST性能的影响.研究发现当YBCO薄膜厚度增加到180nm附近时,其生长模式由二维step-flow转变为三维岛状模式,严重损害了在YBCO上面生长的BST薄膜的介电性能.具体表现在:BST薄膜的介电常数和可调谐率明显降低,介电损耗和漏电流却大幅度上升.通过测量电容与温度的关系,以应力效应模型对这一实验现象作出解释,认为YBCO薄膜厚度超过临界值,生长模式的转变促使晶格失配应力在YBCO和BST薄膜中得到释放,这导致BST/YBCO界面粗糙,以及BST薄膜中产生了大量的位错和缺陷,BST薄膜的性能因而大为降低.此外,通过对完全相同条件生长的单层YBCO薄膜的表面形貌进行了AFM研究,测试结果进一步验证了YBCO薄膜厚度增加到180nm时,其表面变得异常粗糙,均方根粗糙度(RMS)从120nm厚度时的3nm增加到180nm厚度时的9nm.因此,我们提出:通过严格控制底层YBCO薄膜的厚度,进而控制它的生长模式,能够非常有效地提高BST薄膜的介电性能.     

两步生长法生长的Inx Ga1-x As/GaAs材料及性质

利用LP-MOCVD技术,采用两步生长法在GaAs(100)单晶衬底上外延生长InxGa1-xAs材料。通过扫描电子显微镜( SEM)与原子力显微镜( AFM)观察了缓冲层厚度对外延层表面形貌、表面粗糙度的影响;利用X射线衍射( XRD)分析了缓冲层厚度对外延层结晶质量的影响;利用拉曼光谱分析了缓冲层厚度对外延层材料合金有序度的影响;通过透射电子显微镜( TEM)观察了外延层材料位错的分布状态,计算了外延层的位错密度。实验结果表明,两步生长法生长的Inx Ga1-x As/GaAs异质结材料的缓冲层厚度存在一个最优值。     

脉冲激光沉积法制备(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 涂层导体

(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 是超导转变温度Tc 约为116 K 的无毒铜氧化物超导材料, 在迄今为止的超导材料中, 高压法制备的(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 多晶块材在液氮温区具有最高的不可逆场 Hirr ~ 15 T. 为了实现(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 超导材料的规模化制备, 本文利用脉冲激光沉积技术在 LaMnO3/MgO/Y2 O3/Al2 O3/Hastelloy 柔性金属基底上依次外延生长了 LaAlO3 帽子层和(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 超导薄膜. X 射线衍射实验结果表明(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 薄膜沿a 轴外延生长, 电学输运数据表明(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 薄膜的超导转变温度Tc onset 为115K, 零电阻温度Tc0 为52 K, 不可逆场为9 T@35 K. 本文首次报道了(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 在柔性金属缓冲层衬底的成功制备, 推动了(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 超导材料的实用化进程.     

磁控反应溅射AlN缓冲层对GaN基LED器件性能的影响

以直流磁控反应溅射法(RMS)在图形化蓝宝石衬底上制备的AlN薄膜作为缓冲层,采用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)外延生长了GaN基LED。与MOCVD生长的低温GaN缓冲层相比,RMS制备的AlN缓冲层具有表面更平整、颗粒更小的形核岛,有利于促进GaN外延的横向生长,减少了形核岛合并时的界面数量和高度差异,降低了缺陷和位错产生的几率。研究结果表明,溅射AlN缓冲层取代传统低温GaN缓冲层后,外延生长的GaN材料具有更高的晶体质量,LED器件在亮度、漏电和抗静电能力等光电特性上均有明显提升。     

外延温度对YBCO薄膜结构与性能的影响

采用化学溶液沉积法(CSD),在758℃到772℃不同温度下制备了一系列YBa2Cu3Ox(YBCO)薄膜。通过X射线衍射、扫描电镜观察和物性测量,研究了外延温度对其结构与性能的影响。研究结果表明,在760℃及770℃附近存在两个适合YBCO薄膜外延生长的温度区间,在这两个温区生长制备的YBCO薄膜具有良好的超导性能。760℃和770℃附近制备的样品的临界超导转变温度Tc分别为90K和89K,说明760℃附近的较低温区更适合YBCO薄膜的外延生长。760℃附近生长的薄膜在77K自场下的临界电流密度Jc可达到3MA/cm2。文中进一步对存在两个外延温区间的现象进行了讨论,其机制可能来源于自发形核与诱导外延生长之间的相互竞争。     

金属有机化合物相外延生长GaN薄膜的电子微结构研究

研究了金属有机化合物气相外延（ＭＯＶＰＥ）方法在（０００１）氧化铝基底上生长的ＧａＮ薄膜的微结构，目的在于解释ＧａＮ缓冲层在二步法生和过程中的作用及其对外延层晶体质量的影响。在缓冲层中观察到了高密度的结构缺陷，并发现了两种晶体结构（立方和六角）的ＧａＮ。进而对两种结构ＧａＮ的成因进行讨论，并对缓冲层和外延层中结构缺陷的关系进行了研究。     

缓冲层对InSb/GaAs薄膜质量的影响

InSb是制作3~5μm红外探测器的重要材料。在GaAs衬底上外延生长InSb,存在的主要问题在于两种材料间14.6%的晶格失配度,会引入较大的表面粗糙度以及位错密度,使外延材料的结构和电学性能均会受到不同程度的影响。通过系列实验,研究了在生长过程中缓冲层对薄膜质量的影响。利用高能电子衍射仪(RHHEED)得到了合适的生长速率和Ⅴ/Ⅲ比,研究了异质外延InSb薄膜生长中低温InSb缓冲层对材料生长质量以及不同外延厚度对材料电学性质的影响。采用原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线双晶衍射(DCXRD)等方法研究了InSb/GaAs薄膜的表面形貌、界面特性以及结晶质量。通过生长合适厚度的缓冲层,获得了室温下DCXRD半高峰宽为172″,77 K下迁移率为64300 cm²·V^-1·s^-1的InSb外延层。     

YBa2Cu3O7-δ/LaAlO3和Tl2Ba2CaCu2O8/LaAlO3高温超导薄膜内的应变对其微波表面电阻影响的研究

YBa2Cu3O7-δ/LaAlO3 (YBCO/LAO) 超导薄膜是通过热蒸发沉积方法制备的,实验中使用的Tl2Ba2CaCu2O8/LaAlO3 (TBCCO/LAO) 超导薄膜是通过直流磁控溅射方法制备的.通过分析两片超导薄膜的XRD谱计算出了两片超导薄膜内的应变,ΔCY=4.8483×10-3;ΔCT=8.5272×10-5,结果显示YBCO超导薄膜内的应变要大于TBCCO超导薄膜内的应变.另外,采用共面谐振技术研究这两片超导薄膜内的微波表面电阻随温度的变化,结果表明YBCO超导薄膜具有更大的微波表面电阻.分析和讨论了应变对超导薄膜微波表面电阻的影响.     

原子尺度控制钙钛矿氧化物薄膜的异质外延生长和特性研究

用激光分子束外延,原子尺度控制的外延生长出多种钙钛矿氧化物异质结.X射线衍射和原子力显微镜测量结果表明,在Si基底上生长的SrTiO3和LaAlO3薄膜具有很好的外延结构和取向,其表面达到原子尺度的光滑.YBCO/SrNb0.01Ti0.99O3、La0.9Sr0.1MnO3/SrNb0.01Ti0.99O3(LSMO/SNTO)等异质结,均观测到较好的p-n结I-V特性.首次观测到钙钛矿结构氧化物p-n结电流的磁调制和正巨磁电阻效应,在255K条件下,当外加磁场分别为5×10-4T、1×10-3T、1×10-2T和0.1T时,LSMO/SNTO p-n结的磁电阻变化率ΔR/R0达到:46.7%、59.7%、70.5%和83.4%;当外加磁场为3T时,在100K条件下,在LSMO/SNTO多层p-n异质结上观测465%的正磁电阻变化率.     

湿度对YBCO薄膜微观结构和超导性能的影响

文中采用无氟高分子辅助金属有机物沉积法( PA - MOD)在不同湿度条件下在LaAlO3单晶基底上制备了一系列YBCO超导薄膜.X射线衍射、扫描电镜和物性测量的结果表明,在成相热处理过程中气氛湿度对YBCO薄膜的结构和超导性能的有明显影响.干燥气氛成相的YBCO薄膜织构较好,表面较平整、致密,超导性能也较高,其临界超...     

梯度铝镓氮缓冲层对氮化镓外延层性质的影响

采用金属有机物化学气相沉积系统在硅面碳化硅衬底的(0001)面上生长氮化铝缓冲层,并通过改变3层梯度铝镓氮(Al_xGa_(1-x)N:x=0.8,0.5,0.2)缓冲层的生长温度和氨气流量,制备出了高质量的氮化镓外延层。分别采用X射线衍射、原子力显微镜、光致发光谱和拉曼光谱对氮化镓外延层进行表征。实验结果表明,随着氮化镓外延层中张应力的降低,样品的晶体质量、表面形貌和光学质量都有显著提高。在最优的梯度铝镓氮缓冲层的生长条件下,氮化镓外延层中的应力值最小,氮化镓(0002)和(1012)面的摇摆曲线半峰宽分别为191 arcsec和243 arcsec,薄膜螺位错密度和刃位错密度分别为7×10~7cm~(-2)和3.1×108cm~(-2),样品表面粗糙度为0.381 nm。这说明梯度铝镓氮缓冲层可以改变氮化镓外延层的应力状态,显著提高氮化镓外延层的晶体质量。