高温超导薄膜的制备及相关特性的研究

论文摘要

本文的研究工作主要分为两个部分,第一部分研究了YBCO薄膜生长条件和性质,第二部分是Tl2212薄膜的制备和相关性质的研究。第一部分,由于LaAlO3基片与YBCO的晶格匹配比较好,在LaAlO3基片上生长YBCO薄膜相对比较容易,所以本文采用脉冲激光沉积法（PLD）对LaAlO3基片直接生长YBCO进行了研究。系统地摸索了不同工艺参数,如基片温度、基片与靶材的距离、激光脉冲频率、激光能量、沉积气压、薄膜厚度等对YBCO薄膜的影响,得出了沉积薄膜的最佳工艺。但是,PLD制备无可避免会造成薄膜表面有小的颗粒,且沉积的薄膜还存在厚度不均匀等问题。这些缺点将严重影响薄膜的性质和质量,如Jc,Rs等。为了提高工艺的稳定性和成品率,为超导应用研究奠定基础,本文对提高薄膜的均匀性以及薄膜两面的一致性进行了探索。第二部分,介绍了两步法制备TBCCO（Tl2212）薄膜。首先我们研究了Tl源的生长条件,找到了最佳的实验温度。其次对在大气压下、不同温度制备的薄膜进行研究,探索了最佳的实验条件。运用XRD、SEM等手段分析了制备的薄膜样品。研究表明薄膜具有较好的C轴取向,表面特征良好,具体性质指标如:Rs小于0.5 m?、临界电流密度均匀且全部在106数量级以上、超导转变温度最高108.1k等。实验结果显示,我们采用单温铊化的方法可以制备出用于微波测量的两面均匀一致的大膜。随着微电子器件市场潜力的逐渐显现,人们对超导实用化也提出了新的要求。为了采用离子注入的方法做Josephson结,进一步用相应的方法研发出SQUID器件,我们首先对用于制备微波器件的薄膜进行H2+注入,找到了最合适的剂量,为后面的工作奠定基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 超导发展简史
• 1.2 高温超导材料结构
• 1.3 国内外研究现状和研究意义
• 1.3.1 高温超导大膜的研究现状
• 1.3.2 高温超导大膜进行研究的意义
• 1.4 本文研究的目的和研究内容
• 1.4.1 本文研究的目的
• 1.4.2 本文研究的主要内容
• 2 实验原理
• 2.1 表面电阻微波测量原理及测量
• 2.1.1 测试原理和结构
• 2.1.2 测试系统
• 2.2 临界电流密度测量方法
• 2.3 输运性质测量
• 2.4 X 射线衍射分析
• 2.5 扫描电镜
• 3 高温超导YBCO 大膜的制备与研究
• 3.1 脉冲激光沉积设备简介
• 3.2 激光沉积技术的原理
• 3.2.1 基本原理
• 3.2.2 激光沉积的物理过程
• 3.2.3 等离子羽辉
• 3.2.4 沉积参数
• 3.3 YBCO 薄膜性能表征
• 3.3.1 临界电流密度
• 3.3.2 表面电阻
• 3.4 本章小结
• 4 TBCCO 大膜的制备与研究
• 4.1 非原位坩埚法制备TBCCO 大膜
• 4.1.1 前驱膜和铊源的制备
• 4.1.2 铊化设备和具体的工艺
• 4.2 Tl 源、Tl2212 膜制备条件与 Tl 源性质
• 4.3 Tl2212 膜的性能表征
• 4.3.1 膜的R-T 和XRD 测量
• 4.3.2 前驱膜的SEM 测量
• 4.3.3 Tl2212 膜的 SEM 测量
• 4.3.4 临界电流密度Jc 和表面电阻
• 4.4 本章小结
• 5 TBCCO 离子注入
• 5.1 引言
• 5.2 注入参数与结果
• 5.2.1 R-T 测量结果
• 5.2.2 XRD 测量结果
• c 测量结果'>5.2.3 J_c测量结果
• 5.3 结论
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 本文工作主要内容与结论
• 6.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B 作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果目录