TFA-MOD方法制备YBCO超导薄膜生长研究

TFA-MOD方法是制备YBCO涂层导体的最有应用前景的方法之一。本文采用TFA-MOD方法在LaAlO3单晶基片上生长YBCO薄膜并系统地研究了高温退火不同的停留时间对其影响。XRD分析表明退火时间较短时仍有明显的YBCO(00l)取向,但也有其它杂相峰存在,而延长退火时间可以使杂相峰消失而得到纯的且强度更高的YBCO(00l)取向。SEM分析表明未完全结晶的YBCO薄膜表面晶粒大小不一致,而且气孔较多。而结晶良好的YBCO薄膜表面平整致密,空洞较少。随着退火时间的增加YB-CO颗粒尺寸在增大。但是,退火时间太长,会有大的空洞,甚至出现裂纹。超导电性能测试表明,随着退火时间的增加超导临界电流(Ic)在增加,但是退火时间达到60min后,Ic即达到最大值,表明60min就能使前驱膜在该实验条件下完全的结晶形成取向良好的YBCO薄膜,YBCO薄膜的生长速度达到0.16nm/s。

低温热处理对TFA-MOD技术制备YBCO超导薄膜的影响

采用三氟乙酸盐-金属有机沉积(TFA-MOD)技术在LaAlO3(001)单晶衬底上沉积YBa2Cu3O7-x(YB-CO)超导薄膜,研究了低温热处理条件(涂覆环境相对湿度和升温速度)对前驱膜形貌和YBCO超导膜的影响。从金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察可以看出,高涂覆环境相对湿度是引起前驱膜出现宏观裂纹的主要原因,前驱膜分解速度过快会造成薄膜中出现褶皱和微观裂纹,前驱膜出现不完整性形貌将会影响YBCO薄膜的成相、形貌和性能。通过优化低温热处理条件,获得了表面形貌完整的前驱膜,避免了在高温成相阶段中出现杂相,提高了涂层导体的超导性能,77K时Jc可超过2.0MA/cm2。

直流磁控溅射法制备YBCO超导薄膜研究

文中采用直流磁控溅射法制备了YBCO超导薄膜,研究了镀膜过程中不同的气体总压、氧氩比、薄膜厚度以及退火温度对薄膜性质的影响,通过XRD分析,当总气压为40Pa、氧氩比为1:2、厚度为1μm、退火温度为800℃时,是薄膜生长的最佳条件。总气压过低,镀膜过程不能进行,气压过高,分子间自由程增加,溅射速率降低;氧氩比较低时,氧离子较少,造成靶材缺氧,镀膜过程不能进行,氧氩比较高时,辉光明亮,对靶材造成损害;随着薄膜厚度的增加,薄膜的005峰半高宽由大逐渐减小,薄膜厚度为1μm时,半高宽最小。退火温度在780℃～800℃之间时,YBCO薄膜005峰的半高宽较小。

TFA-MOD法制备多层YBCO超导薄膜的特性研究

采用TFA-MOD法在LaAlO3单晶基片上制备出了五层YBa2Cu3O7-δ薄膜,膜层总厚度为1!m,临界电流密度Jc达到1.6MA/cm2,临界电流Ic为160A/cm。单层膜与三层膜的Jc值分别为3.5、1.75 MA/cm2;三层膜和五层膜截面TEM形貌中均无裂纹和明显空洞产生,各层之间的界面平滑。随着膜层厚度的增加,临界电流密度降低,主要原因可能是膜性能的劣化。

YBCO超导薄膜的表征与测试方法

YBCO高温超导薄膜有着广泛的应用前景,但其超导性能的好坏与薄膜的形貌、结构、厚度以及成分有关。本文介绍了超导薄膜厚度、成分、结构和形貌的表征方法,对薄膜超导特性的检测方法进行了介绍。

金属有机物化学气相法制备YBCO超导薄膜研究

运用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD),在LaAlO3(LAO)单晶上沉积YBa2Cu3O7-x(YBCO)超导薄膜。通过使用优化的进液装置,使金属有机源连续、稳定地输送至蒸发皿进行闪蒸。通过优化总气压、氧分压等生长条件,获得高质量的YBCO薄膜。在固定的温度条件下,调节反应总气压和氧分压,在总压为380Pa,氧分压为180Pa获得YBCO薄膜临界电流密度Jc=0.6MA/cm2。随着氧分压增大,YBCO薄膜产生a轴取向,(005)峰向左偏移,且薄膜中的Cu/Ba由1.0变化至1.63。在Cu/Ba=1.48时,YBCO薄膜结构与性能较优。

激光分子束外延制备高质量的YBCO超导薄膜

利用活化气体做氧源 ,使生长气压比普通脉冲激光沉积方法 (PLD)低 2～ 3个数量级 ,用激光分子束外延在SrTiO3 ( 1 0 0 )衬底上制备出临界转变温度Tc0 =85～ 87K ,临界电流密度Jc≥ 1× 1 0 6A/cm2 的高质量YBCO超导薄膜 .原子力显微镜 (AFM)测得表面无明显颗粒 ,均方根粗糙度约为 7.8nm .在这种薄膜基础上制备的Joseph son量子干涉器件 (DC SQUID)

热处理工艺对无氟PA-MOD法制备YBCO超导薄膜的影响

采用无氟的高分子辅助金属有机物沉积(PA-MOD)法在(00l)LaAlO3单晶基底上制备了超导转变温度Tc=90K的YBCO超导薄膜。研究了高温热处理过程中不同成相温度和气氛湿度对制备高性能YBCO薄膜的影响。通过X射线衍射(XRD)θ-2θ扫描、ω扫描和φ扫描分析了不同热处理工艺制备的YBCO薄膜的双轴织构程度;通过扫描电镜(SEM)测试研究了不同薄膜样品的表面形貌;采用超导量子干涉仪测量了薄膜的超导转变温度曲线和磁化曲线。结果表明,770℃干燥气氛中成相的样品具有优异的双轴织构及平整、致密的表面形貌。采用该优化工艺制备的YBCO薄膜在77K零场下的临界电流密度(Jc)达到2MA/cm2,是其它工艺制备薄膜Jc的1.7～6.7倍。

银基带及YBCO高温超导薄膜的织构研究

通过温轧及退火制备了强立方织构的Ag基带,并通过冷轧及退火制备了强的{110}双轴织构的Ag基带,为高温涂层超导提供了很好的基带材料.在所制备的强立方织构和强{110}〈112〉双轴织构的银带上,用准分子脉冲激光方法直接沉积了YBCO超导薄膜.{110}<211〉双轴织构的银带较立方织构的银带更利于YBCO薄膜的外延生长,在{110},211〉双轴织构的银带上沉积的YBCO薄膜,临界电流值达到2～6×105A/cm2(77K,0T).

脉冲激光溅射沉积YBCO超导薄膜

从激光与材料相互作用理论出发,分析了激光烧蚀材料等离子体羽辉的空间运动特征和成分分布;以YBCO/SrTiO_3为对象,从实验上系统研究了脉冲激光溅射沉积薄膜过程中薄膜质量与基片温度、基片-靶材距离、气体压强、激光脉冲能量以及重复频率等参数的关系;总结出在SrTiO_3(100)单晶基片上溅射沉积YBCO高温超导薄膜的最佳实验参数。

MgO单晶基片上YBCO高温超导薄膜的制备

在2英寸MgO(001)单晶基片上,采用直流溅射法,通过基片高温退火,成功制备了性能优越的YBa2C3O7-δ(YBCO)双面超导薄膜,能够满足超导滤波器的设计要求。X射线衍射(XRD)分析表明经过退火的基片上生长的YBCO薄膜与基片有单一的外延取向关系;用原子力显微镜(AFM)和高能电子衍射(RHEED)分析高温退火对基片表面状况的改变。结果表明制备的YBCO薄膜具有很好的超导电性,薄膜临界电流密度Jc(77K,0T)≈2.5×106A/cm2,微波表面电阻Rs(10GHz,77K)≈0.16mΩ。

平面靶直流溅射制备YBCO高温超导薄膜研究

开展了平面靶溅射法制备YBa2Cu3O7-δ(YBCO)高温超导薄膜工艺研究,以达到提高沉积速率的目的。通过增加工作气体总压(Pt),采用基片旋转达到离轴溅射模式,有效地克服了传统平面靶直流溅射法中高能粒子轰击和负离子反溅射现象。在两英寸LaA lO3(LAO)基片上成功外延生长得到了微观结构良好、电学性能优越(临界电流密度Jc=2.3/2.0mA/cm2)的双面YBCO高温超导薄膜。

Φ100 mm YBCO高温超导材料及应用研究

采用固相反应法制备适用于红外探测器的高Tc超导靶材(YBCO),直径100mm,性能为:Tc≥90K,d≥4.5g·cm-3,平整度≤0.5mm,平面度≤0.1mm,无分层和裂纹;通过直流磁控溅射制得YBCO/YSZ超导薄膜,其性能为:Tc≥90K,Jc(77K)>106A·cm-2,ΔT<3K;以高Tc超导薄膜为灵敏元的十二元测辐射热计的技术指标为:响应波段1～3000μm,平均响应率R(500,12,1)>104V·W-1,平均噪声等效功率NEP<10-12W·Hz-1/2,平均探测率D (500,12,1)>2×109cm·Hz·1/2·W-1,完成了对红外、亚毫米波和3mm波成像的初步实验。

高质量2英寸双面YBCO/MgO薄膜的批量化制备

开展了2英寸(5.08cm)MgO单晶基片上YBa2Cu3O7-δ(YBCO)薄膜的制备及工艺稳定性研究。通过对基片表面状态的研究,提出了高温退火处理基片的方法,改善了基片的表平整度,大幅度提高了薄膜的取向性以及结晶质量,制备得到的YBCO薄膜具有优越的超导电性,薄膜临界电流密度J(c77K,0T)≈2.5MA/cm2,微波表面电阻R(s10GHz,77K)≈0.16mΩ,能够满足超导滤波器的设计要求。另外,还就工艺的稳定性和可重复性进行了研究,表明电子科技大学已具有小批量化提供大面积双面YBCO样品的能力。

风景云生处——大面积单/双面YBCO高温超导薄膜研制纪实

2004年2月20日这天是一个令李言荣教授和他的"大面积单/双面YBCO高温超导薄膜的研制"课题组难忘的日子.他代表课题组的9位科研人员在人民大会堂和全国其他科研获奖人员一道受到胡锦涛总书记、温家宝总理等党和国家领导人的亲切接见.在接过国家技术发明二等奖获奖证书的那一刻,他的眼睛禁不住有些湿润……

YBCO高温超导薄膜的制备方法及应用

20世纪80年代，临界转变温度在液氮沸点温度之上的高温超导体的发现掀起了一股新的研究热潮。现代电子器件，尤其是集成的电子器件基本以薄膜为基础，高温超导体的发现使人们看到了其应用于电子器件的可能性，此后对高温超导薄膜的制备给予了极大的重视。经过多年的探索，高温超导薄膜取得了重大进展。在所有高温超导体中，钇钡铜氧（YBCO）薄膜受到了更多的重视，得到了快速的发展。

利用BFEL研究高温超导钇钡铜氧薄膜的中远红外特性

报导了一种钇钡铜氧(YBCO)高温超导薄膜中远红外光探测器。在中远红外波段,利用北京自由电子激光对其响应特性进行了实验研究。对于微桥尺寸为210μm×70μm×0.3μm的样品,测量了电压响应、谱响应和时间响应。实验表明,在液氮温度下工作的YBCO高温超导光探测器不仅具有快速响应、较高灵敏度的特点,而且具有良好的宽带特性和较好的稳定性。

单源进液金属有机化学气相沉积法工作气压对YBCO薄膜制备的影响研究

基于金属有机化学气相沉积法(MOCVD),在沉积有Y2O3/YSZ/CeO2(YYC)多层过渡层的Ni-W_at.5%金属基带上沉积YBa2Cu3O7-x(YBCO)超导薄膜。通过对单源进液系统的优化,使金属有机源连续稳定地输送到蒸发皿进行闪蒸。优化总气压并通入N2O气氛,以获得高质量的YBCO薄膜。在优化的温度条件下,总压为380Pa,氧气和N2O分压为200Pa(氧气、笑气流量比为5:3),获得了较高的临界电流密度Jc=0.2MA/cm2。在延续织构方面,由CeO2的面外半高宽3.6o降到YBCO(005)峰半高宽的1.8o,由CeO2的面内半高宽5.2o降到YBCO(103)面半高宽的4.8o,织构获得较大改善。

超导薄膜在垂直磁场作用下的应力应变分布

研究主要分析了YBCO高温超导薄膜在垂直磁场作用下的应力、应变分布规律。基于Bean临界态模型,并且在超导薄膜仅受外加磁场的作用下,分析了超导体内产生感应磁场与电流密度的关系,由此推导了YBCO高温超导薄膜在外加磁场作用下的应力应变表达式,使用Origin、Matlab程序做出了应力应变分布图。结果表明:超导薄膜在外加磁场的作用下其应力应变主要分布在薄膜的两侧;同时发现在外加磁场逐渐增大的过程中,薄膜的应力应变极值会随着增大。