YBa2Cu3O7-δ约瑟夫森隧道结的制备及性能研究

论文摘要

约瑟夫森结是超导电子学的关键元件,是超导量子干涉仪（SQUID）和其它许多超导器件的基础。微电子器件的集成化和产业化对高性能的约瑟夫森结制备提出了迫切的要求,因此制备性能良好的约瑟夫森结成为高温超导电子器件的研究重点。溶胶-凝胶法具备成本低廉,工艺简单,可在多种衬底上成膜等特点,是一种制备SIS型约瑟夫森隧道结极具潜力的方法。本文采用钇、钡、铜的醋酸盐为出发原料,合成了稳定的YBCO溶胶；以醋酸钇为初始原料,二乙烯三胺为络合剂,甲醇为溶剂,合成了Y2O3溶胶。在铝酸镧（LAO）基板上制备结构为Y2O3/YBCO的双层薄膜,通过XRD、SEM和超导电性等测试分析发现,制备在Y2O3薄膜上的YBCO超导薄膜仍然具有良好的c轴生长取向和超导性能,临界转变温度Tc为94.3K,转变宽度△Tc为1K。以此为基础,在铝酸镧（LAO）基板上制备结构为YBCO/Y2O3/YBCO的约瑟夫森结。测试结果表明,约瑟夫森结中Y2O3两侧的YBCO薄膜都具有良好的c轴生长取向,隧道结的临界转变温度Tc=94K,转变宽度△Tc约为1K。对制得的约瑟夫森隧道结进行直流I-V曲线测试,该约瑟夫森隧道结的临界电流Ic=47mA,实验测得的结果基本满足RSJ模型下方程的描述。研究过程中还发现,随着约瑟夫森隧道结中绝缘层厚度的增加,临界电流Ic急剧减小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 高温超导的应用
• 1.2 高温超导电子器件的发展
• 1.2.1 超导微波电子器件
• 1.2.2 超导热效应器件（Bolometer器件）
• 1.2.3 约瑟夫森结器件
• 1.3 约瑟夫森效应
• 1.3.1 约瑟夫森效应的出现
• 1.3.2 约瑟夫森效应的性质
• 1.4 约瑟夫森结的分类
• 1.4.1 双晶晶界结
• 1.4.2 衬底台阶结
• 1.4.3 双外延约瑟夫森结
• 1.4.4 台阶边沿SNS结
• 1.4.5 坡道边缘结
• 1.4.6 微桥结
• 1.4.7 SIS型约瑟夫森隧道结
• 1.5 高温超导约瑟夫森结的研究现状
• 1.6 本课题的目的和研究内容
• 2 实验方法
• 2.1 实验方案
• 2.2 主要实验设备
• 2.2.1 薄膜制备设备
• a.提拉机（Dip-coater）
• b.手套箱（Glove Box）
• c.热处理炉（Tube Furnace）
• d.其它常用仪器设备
• 2.2.2 样品性能表征设备
• a.X-射线衍射仪
• b.场发射扫描电子显微镜
• c.超导Tc测试系统
• 2.3 实验试剂
• 2O₃薄膜上制备YBCO高温超导薄膜'>3. 在Y₂O₃薄膜上制备YBCO高温超导薄膜
• 2O₃和YBCO溶胶的制备'>3.1 Y₂O₃和YBCO溶胶的制备
• 2O₃溶胶的制备'>3.1.1 Y₂O₃溶胶的制备
• 3.1.2 YBCO溶胶的制备
• 2O₃薄膜的制备'>3.2 Y₂O₃薄膜的制备
• 3.3 YBCO薄膜的制备
• 3.4 YBCO薄膜性能测试与分析
• 3.4.1 YBCO薄膜的XRD分析
• 3.4.2 YBCO薄膜的SEM表面形貌分析
• 3.4.3 YBCO薄膜的超导性能测试
• 3.5 小结
• 2Cu₃O_7-δ约瑟夫森隧道结的制备与性能研究'>4. YBa₂Cu₃O_7-δ约瑟夫森隧道结的制备与性能研究
• 4.1 约瑟夫森隧道结的制备
• 4.1.1 YBCO薄膜的制备
• 2O₃薄膜的制备'>4.1.2 Y₂O₃薄膜的制备
• 4.1.3 YBCO薄膜的制备
• 4.2 约瑟夫森结的性能测试与分析
• 4.2.1 约瑟夫森结中YBCO超导层XRD分析
• 4.2.2 约瑟夫森结中YBCO超导层表面SEM分析
• c测试'>4.2.3 约瑟夫森隧道结的T_c测试
• 4.2.4 约瑟夫森结的直流Ⅰ-Ⅴ曲线测试及分析
• a.测试系统组成与原理
• b.测试结果与分析
• c.不同绝缘层厚度下的Ⅰ-Ⅴ曲线
• 4.2.5 约瑟夫森结的等效方程及解析解法
• a.约瑟夫森结的等效方程的简单推导
• b.约瑟夫森结的等效方程的解析解与实验结果的比较
• 4.3 小结
• 5. 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者在硕士期间撰写和发表的论文