论文部分内容阅读
高温超导材料是当代凝聚态物理中最重要的研究领域之一,也是新材料科学研究领域一个重要的科学前沿。高温超导材料自从发现之日起,就显示出其巨大的发展潜力,它的应用主要分为强电应用和弱电应用,强电应用主要指超导输电和超导磁体,弱电应用主要指电子器件的应用。高温超导薄膜是制造超导电子器件的关键材料,制造高质量的高温超导薄膜是制造优良性能的高温超导器件的前提。
本文重点研究在蓝宝石基片上制备高质量的T1-2212高温超导薄膜的制备工艺,由于蓝宝石基片与T1-2212超导薄膜的晶格常数不匹配,因此需要首先在蓝宝石衬底上溅射一层CeO2缓冲层来减少衬底与高温超导薄膜的失配度,为此我们首先探究了CeO2缓冲层采用磁控溅射的溅射条件,研究不同的溅射参数对缓冲层生长的影响,具体包括温度、压强、功率、氧含量。通过对不同参数的研究,进而探究出CeO2缓冲层溅射的最佳条件是110W、0.5Pa(Ar/O2=4/1)、700℃,在这种条件下制备的缓冲层具有很好的外延生长取向。
为了提高T1-2212高温超导薄膜的质量,我们还重点研究了蓝宝石(1102)基片在不同温度下退火时表面形貌和表面相结构的变化,以及它对CeO2缓冲层和T1-2212超导薄膜生长的影响。原子力显微镜(AFM)研究表明,在流动氧环境中1000℃温度下退火,蓝宝石(1102)的表面首先局部区域形成台阶结构,然后表面形成叠层台阶结构,随着退火时间的延长,表面发生了台阶合并现象,表面形貌最终演化为稳定的具有光滑平台的宽台阶结构。XRD测试表明,通过高温热处理可以大幅度提高蓝宝石基片表面结构的完整性。在1000℃温度下热处理20小时的蓝宝石(1102)基片上可以生长出具有面内取向的CeO2(00l)缓冲层。在具有缓冲层的蓝宝石基片上可以制作出高质量c轴织构的外延T1-2212超导薄膜,其临界转变温度Tc为104.7K,液氮温度下临界电流密度Jc达到3.5MA/cm2,微波表面电阻Rs(77K,10GHz)约为390μΩ。同时我们还研究了蓝宝石衬底上制备双面超导薄膜,研究其具体的制备工艺及其性能参数。