低退火温度下mgb,2超导薄膜的制备及其物性研究

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1、上海大学硕士学位论文低退火温度下MgB<,2>超导薄膜的制备及其物性研究姓名：孙杏蕾申请学位级别：硕士专业：无线电物理指导教师：张义邴200705012007年r海大学硕士论文摘要MgB2超导体因其相比传统超导体有高的临界温度09K)、远优于铜氧化物超导体的简单结构和电特性，在超导强电和弱电应用领域有诱人的前景，超导电子器件的关键是超导薄膜。目前适合多层薄膜技术的原位生长法制备MgB2超导薄膜还有很多问题需要研究，特别是Mg的高挥发问题。低温下固体材料有低的饱和蒸汽压，低退火温度应当是解决Mg的高挥发问题

2、的重要途径。本论文着重研究在低退火温度下MgB2超导薄膜的制备及其物理特性。我们在UTr-400超高真空镀膜仪中利用电子束蒸发和原位热处理方法，在较低的退火温度(<600℃)下在Si(111)衬底上成功制备了二硼化镁超导薄膜。实验背景真空为1×lff7mbar，先驱膜为【Mg(151A徊(100A)】N的周期层状结构(N取决于膜的总厚度)，低的退火温度选取450℃、5009C、525℃、550℃、600℃、625℃、650℃，研究表明：调整先驱膜中B(100勾层次序，使B(100A)在最底和最上层，有效降

3、低Mg的挥发和向si衬底的扩散。800℃×30min的退火条件我们在无任何缓冲层或籽层的si衬底上获得了零电阻临界温度为32．8K，临界电流密度为3．3x105A／cm2的MgB2超导薄膜。在625"C～8004C区间的退火温度，MgB2薄膜能够良好成相，超导临界转变温度(Tc)变化不大。当退火温度低于6254C时，Tc下降很快。我们认为低的退火温度需要延长退火时间以保证成相的充分。当退火温度降低到550"(2时，在此退火温度下保温120分钟，薄膜的超导性能较好，它的零转变温度为27．5K，起始转变温度达

4、到32K。用原子力显微镜观测到薄膜表面光滑，颗粒大小约为100nm，其平方根粗糙度(RMs)和平均粗糙度(Ra)分别为8．8nm和6．8nm，数值较小。当退火温度降低到500℃，保温时间为8小时时，制备得到的薄膜仍是超导的，而且起始转变温度为25K。本文实验结果表明，在低退火温度(<600℃)下，电子束蒸发和原位热处理技2007年上海大学硕十论文术制备二硼化镁超导薄膜是可能的，如果解决好Mg向Si衬底的扩散和Mg与B在低温下的反应速度问题，本方法将是解决Mg高挥发性的重要途径。关键词：电子束蒸发、MgB2

5、薄膜、低退火温度Ⅱ2007年J：海大学硕上论文ABSTRACTM982superconductorwillbeprominentinthefieldsoflowcurrentmicroelectronicsaswellaslarge-capacitypowersbecauseofitshighercriticaltemperature(39K1thanconventionalsuperconductors、simplercrystalstructureandbetterelectronicproperti

6、esthanhiightemperaturesuperconductiveoxides．Itiswellknownthatahigh·-qualitythinfilmisthekeyofelectronicapplicationsofsuperconductor．Therearestillmanydifficulties，especiallythevolatilizationofMg,connectedwiththepreparationofMgB2superconductingthinfilmsusin

7、g／nsitumethodwhichfittingmultilayerfilmtechnique．LowannealingtemperatureshallbeanimportantapproachresolvingtheproblemofthevolatilizationofMgbPAT：ansethesolidmaterialhaslowsaturatedvap9rpressureatlowtemperature．Thecharacteristicsandpreparationofsuperconduc

8、tingMgB2filmatlowannealingtemperaturesweremainlystudiedinthispaper．ThesuperconductingMgn2thinfilmswassuccessfullyfabricatedatlowannealingtemperatures(<600*C)bye-beamevaporationandtwo-step伽situmethodonSi(111)substrat