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金属氮化物通常具有超硬、高熔点、化学惰性、高热导性等优越性能,在诸多领域有着广泛应用,基于金属氮化物的超导材料,由于高硬度和较高超导转变温度(Tc)共存,从而被认作为一类具有特殊意义的功能材料即硬质超导材料,应用于射频超导加速器腔(Radio Frequency Superconducting Accelerator Cavities)、超导热电子测辐射热计(Superconducting Hot Electron Bolometer, HEB)等。但是,由于金属-氮的相图比较复杂,从而很难获得纯相的金属氮化物超导体。目前研究最为广泛的二元金属氮化物超导体分别为Mo-N和Nb-N体系,三元金属氮化物超导体为ANNi3(A=Zn,Cu)体系。为了更好地研究金属氮化物超导体的生长机理及物性,制备单晶及高质量薄膜成为研究的有效手段。已有前期研究结果表明高Tc(大于10K)的δ-MoN块体需在高温、高压下完成,即使采用真空法如磁控溅射法制备的δ-MoN薄膜的Tc也比较低。而对于在超导薄膜器件领域广泛应用的NbN薄膜,需要满足超薄、大面积等条件。除此之外,三元金属氮化物超导薄膜的研究更少之又少,对于镍基超导体的研究,截止目前仅有文献报道MgCNi3单晶和MgCNi3多晶薄膜,因此制备研究高质量外延薄膜具有重要意义。至今,已有部分利用磁控溅射、脉冲激光沉积等物理法制备出金属氮化物超导薄膜,但由于这些物理方法制备技术本身的限制使得其无法获得大面积薄膜,因而要想更好地研究金属氮化物超导薄膜的物性及应用前景,需要探索其他薄膜制备技术。化学溶液沉积法(Chemical Solution Deposition,CSD)具有原料分子级混合、大尺寸制备薄膜样品和复杂衬底上沉积薄膜等优势,被认为是制备大尺寸薄膜的有效途径。 本论文采用化学溶液沉积法制备了二元和三元金属氮化物超导薄膜,包括δ-Mo1-xZrxN(0≤x≤0.3)、δ-NbN和CuNNi3,除此之外在Ni基氮化物的基础上,制备了CuNCo3薄膜,其被认为是一种室温软磁材料。通过优化制备工艺等方式对上述薄膜的微结构、电输运性能及磁性质进行系统研究,取得的主要研究成果如下: 1研究了δ-Mo1-xZrN(0≤x≤0.3)薄膜的微结构及超导电性。结果表明:未掺杂的母体薄膜的Tc约为13.8K,克服了块体需要在高温(1600℃)、高压(10GPa)才能获得Tc大于10K的难题;随着Zr含量增加,晶粒尺寸减小,正常态电阻率增大,Tc略微降低,上临界场Bc2(0)升高;通过对不同掺杂浓度样品、不同温度下M-H曲线分析,得到Mo-Zr-N体系的磁通相图,其中低掺杂浓度薄膜样品在低磁场和低温下出现磁通跳跃现象。 2研究了δ-NbN薄膜的微结构及超导电性。结果表明:在Si衬底上可以制备出超薄(11nm)δ-NbN薄膜。随着薄膜厚度的增加,薄膜的晶格常数先增大后减小,薄膜厚度为51nm时晶格常数最大,且晶粒尺寸逐渐增大;随着薄膜厚度增加,正常态电阻率逐渐减小,N含量、载流子浓度和超导转变温度Tc先升高后降低,BC2(0)先升高后降低;通过Ti组分的掺杂,使薄膜的晶格常数提高,晶粒尺寸减小,正常态电阻率增大,N含量、载流子浓度增大,超导转变温度Tc升高,BC2(0)升高。 3研究了CuNNi3薄膜的微结构及超导电性。结果表明:在单晶LaAlO3(001)衬底上成功制备CuNNi3外延薄膜,结构为反钙钛矿结构,晶格常数为3.75(A),其超导转变温度为3.2K,转变宽度为0.15K,上临界场Hc2(0)为8.1kOe,相干长度ξ0为201(A),室温电阻率远小于块体,表现为第二类超导体;对电输运行为进行了详细研究,高温(50~350K)下电阻来源于电子-声子散射,低温(5~50K)下电阻是由电子-声子散射和电子-电子散射共同作用。 4研究了CuNCo3薄膜的生长机理、微结构及物性。结果表明:不同衬底上生长CuNCo3薄膜,均为c-axis自取向,晶体结构为反钙钛矿结构,晶格常数约为3.75(A),大于Co4N的实验结果,接近于Co4N的理论计算结果,通过Cu取代顶角位置的Co,使体系的N含量增加,接近于化学计量比;CuNCo3薄膜是一种居里温度大于650K的室温软磁材料;对电输运行为也进行详细研究,整体表现为金属行为,高温(70~350K)下电阻来源于电子-声子相互作用,低温下(5~70K)下电阻来源于电子-电子相互作用,表现出费米液体(Fermi liquid)行为。