MOCVD工艺沉积YBCO超导层实验研究

论文摘要

因其良好的液氮温度下的磁场性能、潜在的低制备成本和较低的交流损耗,第二代钇系YBa2Cu3O7-δ（YBCO）高温超导带材受到普遍关注,有着广泛的应用前景,如超导发电机、超导电动机、超导输电电缆、超导磁储能等。目前超导层的沉积工艺很多,而金属有机化学气相沉积（MOCVD）工艺能够在长的柔性金属基带上实现连续、快速、均匀沉积,极具开发价值。本论文采用自制MOCVD系统,在CeO2/YSZ/Y2O3/NiW短样上沉积YBCO薄膜,为后期连续化生产YBCO进行基础实验研究。内容如下:1、改进自制MOCVD系统设计并改进了MOCVD系统的进液装置,降低了发生堵塞的几率,较好的实现了金属有机前驱液以雾状气体送入蒸发皿,促进闪蒸的进行。同时对蒸发皿进行改进,将底部加热器改为旋转铜盘,及时清除未蒸发的金属有机源残余物,提升了蒸发效果。此外,采用CFD软件对MOCVD系统内部反应室进行了气流场和温度场的计算机模拟,对于调整反应条件、优化反应器设计具有重要意义。2、改善金属有机源的制备方式金属有机源的纯度、品质是影响MOCVD工艺沉积YBCO薄膜质量的最为关键因素之一。通过改善制备流程,进行提纯,添加助配体,总结出了一套较为实用的金属有机源制备工艺,满足了实验中需求,为研究的顺利进行提供了原料保证。3、优化金属基带上沉积YBCO的工艺参数选用CeO2/YSZ/Y2O3作为YBCO薄膜与金属NiW基带之间的过渡层,综合调节温度、氧分压、金属有机源配比等工艺参数,研究每一项参数的影响规律,成功制备了完全c轴取向的YBCO薄膜,实验验证重复性较好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 高温超导材料简介
• 1.2 高温超导的主要性质及应用
• 1.2.1 零电阻效应
• 1.2.2 迈斯纳效应
• 1.2.3 高温超导的应用
• 1.3 YBCO 高温超导体的结构特点
• 1.4 YBCO 薄膜的制备技术
• 1.5 YBCO 高温超导带材的研究现状
• 1.6 本论文的研究意义和内容
• 第二章 实验方法及原理
• 2.1 MOCVD 技术简介
• 2.2 自制MOCVD 系统
• 2.2.1 进液装置的设计与改进
• 2.2.2 蒸发皿的设计与改进
• 2.2.3 反应室温度场和气流场的模拟
• 2.3 YBCO 薄膜的表征方法
• 2.3.1 X 射线衍射（XRD）
• 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.3.3 临界电流密度（Jc）
• 第三章 金属有机源的制备和研究
• 3.1 金属有机源的性质
• 3.2 金属有机源的制备
• 3.2.1 实验仪器及试剂
• 3 的制备实验'>3.2.2 Y（tmhd）₃的制备实验
• 2 的制备实验'>3.2.3 Ba（tmhd）₂的制备实验
• 2 的制备实验'>3.2.4 Cu（tmhd）₂的制备实验
• 3.2.5 实验结果
• 3.3 金属有机源的提纯
• 3.3.1 重结晶法提纯
• 3.3.2 升华凝华法提纯
• 3.4 加助配体Ba 源的制备
• 3.5 本章小节
• 第四章 金属基带上YBCO 的制备
• 4.1 工艺条件综合性分析
• 4.2 制备工艺对YBCO 成膜的影响
• 4.2.1 温度对YBCO 成膜的影响
• 4.2.2 氧分压对YBCO 成膜的影响
• 4.2.3 源配比对YBCO 成膜的影响
• 4.3 MOCVD 工艺沉积YBCO 的可重复性验证
• 4.4 本章小节
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的成果