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本论文的研究主要涉及两方面内容:一、利用一种新颖的沉积技术-脉冲电子束沉积(PED)制备两种不同类型的高温超导铜氧化物薄膜;二、基于高温超导薄膜的异质结制备及研究。本论文主要取得了以下研究成果:
1.利用PED技术,在无缓冲层的(100) SrTiO3(STO)单晶衬底上首次沉积了超导转变温度(Tc)分别为33K的p型La1.85Sr0.155CuO4薄膜及Tc为20K的n型Ndt.85Ce0.15CuO4薄膜。研究了生长温度、脉冲频率、沉积气压、退火条件、电子束高压及薄膜厚度等因素对薄膜超导电性的影响,总结出了利用PED沉积这两类薄膜的优化条件。
2.在1 wt% Nb掺杂的(100) NSTO(NSTO)单晶衬底上沉积了YBa2Cu3O7(YBCO)超导薄膜,制备了YBCO/NSTO异质结。当测量温度高于YBCO的Tc时,在异质结的电流-电压(I-V)曲线上发现正向电流随电压增大增加缓慢,而在反向则较快,有类似反向二极管的整流特性。当温度低于YBCO的Tc时则观察到在I-V曲线上出现了一个峰和谷,我们认为隧道电流是这个现象的主要原因,隧穿发生的原因是由于这两种材料载流子浓度较高的材料形成的异质结界面很薄,电阻很小,因此电子容易隧穿过界面。
3.在0.5 wt%的Nb掺杂的(100)NSTO衬底上沉积了具有不同Sr掺杂浓度的La2-xSrxCuO4薄膜,制备了La2-xSrxCuO4/NSTO异质结,发现Sr掺杂对异质结的I-V曲线有明显的调制作用。结的散射势Vd随着Sr掺杂在不同的掺杂区域改变情况不同。在La2-xSrxCuO4的Tc以上,在欠掺杂区x=0.08-0.12内Vd减小缓慢,在x=0.15-0.22重掺杂区间内则减小迅速。我们认为是费米能级随着掺杂的移动影响了Vd;在Tc以下,随着超导能隙的打开,Vd以与超导能隙相同的强度变化,并且其随掺杂的变化与超导能隙变化一致,即在弱掺杂时减小明显,而在重掺杂区则表现出弱耦合d波BCS行为,变化缓慢。
4.在(100) STO衬底上沉积了NCCO和LSCO双层膜,利用微加工技术制备了p-n异质结,改变薄膜退火条件,研究了对p-n结产生的影响,发现低温下(<11 K,此时双层膜都显示了超导转变),在结的I-V曲线上,正向加一微弱电压,电流就迅速增大,并且在零偏压附近有一个电流增加的坡度。