Tl-1223高温超导薄膜在蓝宝石单晶基片上的生长和性能研究

本文报道了采用射频磁控溅射法和快速升温烧结法在R面取向的蓝宝石单晶基片上生长CeO_(2)缓冲层和Tl-1223超导薄膜,研究了缓冲层生长情况和先驱膜后退火条件对超导薄膜结晶情况和超导特性的影响。AFM和XRD表征结果显示,蓝宝石基片经过退火后其表面形成具有光滑平台的台阶结构,同时基片的晶体质量得到了改善;本文所制备的CeO_(2)缓冲层和Tl-1223超导薄膜具有较好的c轴生长取向,而且两者呈现良好的ab面内织构。SEM表征结果显示,生长良好的Tl-1223超导薄膜呈层状结构,表面光滑平整、结构致密。在液氮环境下,测得所制备Tl-1223超导薄膜的临界转变温度Tc约为111 K,临界电流密度Jc(77 K,0 T)约为1.3 MA/cm2。

X射线衍射仪在薄膜结构分析中的测试方法研究

研究Tl-1223超导薄膜样品面与定位铝板面的关系对XRD测试结果的影响发现,当样品面相对于铝板面在不同方向成夹角时,会得到差异较大的薄膜结构图。由于夹角的不同,呈现不同的结构,这些形态各异的结构图无法准确描述样品的结晶情况,夹角越小测试结果越符合样品的真实结构。常规的使用橡皮泥来固定样品的方法,由于橡皮泥的物理特性,难以一次性测试成功,通常要多次调整样品的摆放位置才能得到合适可用的测试结果,增加了测试工作量。针对此类现象,在测试Tl-1223超导薄膜样品的实践过程中,提出了采用样品静置的方法以及不锈钢代替橡皮泥固定样品的方法。通过该方法,可以解决样品面和定位铝板面的两面共面问题,使其测试结果能够正确反映超导薄膜的生长信息,得到准确可用的结构相图,为后续工作提供良好的指导作用,而且提高了测试效率。该方法可用于其他使用XRD测试薄膜样品的场合,为相关人员在测试过程中遇到同类问题时提供有效的解决途径。

热处理Hastelloy合金基带对生长NiO薄膜的影响

该研究采用射频磁控溅射方法在经过热处理的Hastelloy合金基带上生长NiO缓冲层,探究了不同退火条件对生长NiO缓冲层的结构和形貌的影响.XRD和AFM测试结果表明,在流氧中退火温度为850℃、退火时间为20min时可在基带表面形成一层连续的NiO薄膜,这能改善基带与缓冲层的晶格匹配,并提高随后同质外延生长NiO缓冲层的质量,使得基带能生长出强度高且呈纯C轴取向的NiO薄膜.该缓冲层能够给高温超导薄膜提供良好的生长环境.

Tl-2223超导薄膜的快速烧结新工艺研究

采用改进的快速升温烧结工艺在(001)取向的铝酸镧(LAO)衬底上制备Tl-2223超导薄膜,探索了在O_(2)环境下双温烧结过程中高温段烧结温度对超导薄膜晶体结构及超导性能的影响。X射线衍射(XRD)结果表明,烧结温度对Tl系超导薄膜的晶粒取向至关重要,采用合适的烧结温度可以制备出纯c轴取向生长的Tl-2223薄膜,且结晶质量良好;扫描电镜(SEM)图像显示超导薄膜表面平整,晶体结构致密,明显呈现出层状生长结构。907℃恒温2 min所制备的Tl-2223薄膜具有良好的超导性能,其临界转变温度(T_(c))可达115 K,临界电流密度(J_(c))约为1.6 mA·cm^(-2)(77 K,0 T)。该工艺简化了Tl-2223超导薄膜的制备过程,有效提高了实验效率。

采用磁控溅射技术在Hastelloy合金基带上生长CeO_(2)薄膜

以在O_(2)中退火过的Hastelloy合金基带作为衬底,采用射频磁控溅射方法在其表面制备CeO_(2)外延薄膜,探索了溅射参数对CeO_(2)薄膜晶粒取向的影响,同时研究了基带在N_(2)中的退火时间对CeO_(2)薄膜生长的影响。XRD测试结果表明,在合适的基带温度、溅射功率和溅射气压等条件下,可以在经过O_(2)退火的基带上生长出纯c轴取向的CeO_(2)薄膜;当温度过高(>700℃)或过低(<640℃)、功率过大(>100W)或过小(<40W)、气压过大(>3Pa)时,薄膜中均会出现(111)以及(311)等取向的CeO_(2)衍射峰。采用最优溅射工艺制备的CeO_(2)薄膜c轴一致性较高,晶粒生长完整,可为后续制备性能优良的高温超导薄膜提供良好的生长环境。结果还表明,经过N_(2)退火的基带在一定程度上可以诱导CeO_(2)薄膜沿c轴方向生长,但c轴取向一致性不高。