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本文以高温超导P-N结制备作为主线,围绕微/纳米加工、高温超导薄膜生长、器件制备与表征开展研究工作,主要目的是研究超导P-N结的相关制备工艺和输运特性。在文中首先利用微加工技术制备了多种微/纳米器件,对微加工设备的加工工艺和应用作了深入细致地研究,然后采用脉冲电子束沉积系统制备多种高温超导薄膜,最后基于微加工技术和薄膜沉积技术制备了高温超导P-N结并对其电学输运性质进行了研究。主要研究内容可以分为三部分:
一.在熟练掌握微加工设备工作原理和加工工艺的基础上,深入研究加工技术,开发出几种有效的大面积微/纳米加工工艺,制备出多种微/纳米器件,为进一步的器件制备与研究打下了基础。新工艺主要包括利用聚焦离子束系统快速制备大面积纳米阵列;利用改性光刻胶制备纳米压印模版,大面积快速复制纳米结构;利用聚焦离子束快速直接加工获得一系列二维分形结构。
二.采用脉冲电子束沉积薄膜技术,在SrTiO3(100)衬底上成功制备了Nd1.85Ce0.15CuO4(NCCO)、La1.85Sr0.15CuO4(LSCO)和YBa2Cu3O7-x(YBCO)三种高温超导薄膜。系统的研究了各种沉积条件对超导薄膜性能的影响。总结出薄膜形貌、结晶状态、Tc等随温度、气压、脉冲频率等条件变化的规律,优化了沉积参数,制备出一批高质量的高温超导薄膜,为高温超导P-N结的制备提供了试验基础。
三.在高质量超导薄膜上,采用微加工的手段,制备出多种高温超导P-N结。发现超导P-N结在正常态具有明显的整流作用,整流曲线随温度变化。其中:对于LSCO/Nb-SrTiO3和LSCO/NCCO异质结,其整流曲线在正反两向均符合肖特基势垒的特性,而YBCO/Nb-SrTiO3异质结整流曲线正向部分符合肖特基势垒的特性,反向部分不符合肖特基势垒特性。