ybco超导薄膜的制备工艺

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1、摘要摘要高温超导薄膜是超导电子学器件的基础，用高温超导薄膜制各的微波无源器件以及SQUID器件等具有常规材料无法比拟的优势。YBCO薄膜材料是超导电子学器件重要材料。高质量的YBCO薄膜有赖于对工艺的精确控制，因此系统研究制备工艺参数对薄膜结构和性能的影响非常重要。本论文采用中空圆柱靶直流磁控溅射装置，在优化的基片温度和氧分压下，分别在不同溅射气体组分在LaAl03基片(100)表面制各了高性能的YBCO超导薄膜。溅射气体组分工艺研究的结果表明：02量固定时，Ar气量较高或较低时薄膜内出现BaCu

2、02第二相，其c轴长度较理想长度略小，薄膜内存在晶体结构无序。Tc和Jc测量结果表明薄膜内部晶体结构无序的直接恶化了超导薄膜的输运能力。通过优化溅射气体中m气量(Ar／02=1．65．1．70)，可以减少薄膜中出现的BaCu02第--*N，降低薄膜结构的无序程度和提高超导性能XRD分析表明在时含量固定时，溅射气体中02含量较高时，薄膜c轴长度小于理想值11．68A，这个事实间接支持了J．Geerk的推断，即C轴长度的减小是由于薄膜中的O过量(7-6>7)造成的。Tc对溅射气体中02含量变化敏感程度

3、不如对心含量敏感。SEM、AFM分析的结果显示低02含量下薄膜表明存在较多的口轴取向颗粒，而高0：含量下样品表面的颗粒数量明显减少，说明高02含量有助于改善样品表面形貌。摘要本文还研究了溅射电流(Is)对YBCO薄膜表面形貌、晶体结构和电性能的影响。通过沉积温度影响的研究证实了富cu颗粒的生长遵从薄膜生长的俘获模型。富Cu颗粒对薄膜的覆盖度随Is的降低而降低。同时Is较高时薄膜表面存在较多的a轴取向晶粒，Is较低时薄膜表面a轴取向晶粒明显减少。AFM微区分析显示Is较高时薄膜呈现岛状生长模式，而I

4、s较低情况下薄膜表面出现周期性台阶，呈现台阶流动的逐层生长模式。XRD分析发现薄膜的C轴长度和(006)对(005)峰比值随Is增加有所增加，说明薄膜内部结构无序度增大。当Is为1．25A时，可以获得最佳Tc和Jc性能的YBCO薄膜。SNMS成分深度剖析技术研究结果表明：薄膜与基片间存在一个互扩散区，存在扩散反应。这种反应是由于薄膜生长过程中较高的基片温度造成的。分析双面YBCO超导薄膜发现，第一面表层元素谱强度随深度逐渐增加，说明第一面的薄膜在沉积第二面时在高温下表层元素被部分蒸发。关键词：YB

5、CO超导薄膜，倒筒直流磁控溅射，制备工艺，超导性能AbstractHigh—temperaturesuperconducting(HTS)thinfilmsarethebasisofsuperconductorelectronicdevices．PassivedevicesandSQUIDdevicesusingHTSthinfilmshaveincomparableadvantagesoverthoseadoptednormalmaterials．YBCOthinfilmsareimportan

6、tmaterialsinsuperconductorelectronicdevices．HighqualityYBCOthinfilmsarehighlydependableonaccuratecontrolofprocessing，SOitisveryimportanttoresearchtheinfluencesofprocessingOilstructureandpropertiesofYBCOthinfilmsystematicallyInvertedcylindricalmagnetro

7、nsputteringapparatuswasadoptedtoprepareYBCOthinfilmsonLaAl03(100)substratesunderdifferentsputteringgasratios．"When02pressureisfixed，BaCu02secondaryphaseappearsonthesurfaceofYBCOthinfilmunderhighandlowArpressures，withthelengthofc—axisofYBCOabitshortert

8、hanthatofidealthinfilms，whichindicatecrystalstructuredisorders．ThemeasurementsofTcandJcshowmatthisstructuraldisorderCausesthetransportationabilityofliTSthinfilm．ReductionofBaCu02andimprovementsofsuperconductivitycarlbeachievedbyoptimimngArpres