液相源金属有机物化学气相法制备YBCO高温超导薄膜

论文摘要

YBa2Cu3O7-δ高温超导材料在超导发电机、电动机、强场磁体、限流器、储能系统等方面有着广泛的应用前景。但是直接在柔性的金属Ni基带上制备YBCO涂层导体难度很大,主要是薄膜的快速制备、晶格失配以及离子扩散等问题都有待研究并解决。本论文基于金属有机物化学气相沉积法（MOCVD）在LaAlO3单晶以及双轴织构的镍钨合金（Ni-5%W/Y2O3/YSZ/CeO2）基带上生长YBCO超导薄膜。自行设计和搭建了MOCVD实验系统。通过实验,对在单晶基底上制备YBCO薄膜的生长工艺、结构做了系统的研究,并在此基础之上对在金属基底上制备YBCO涂层导体做了初步的探索性研究,为后期超导带材的快速制备打下了基础。主要内容如下:1.设计并搭建了实验用的MOCVD系统,并通过实验对系统进行了改进。（1）设计了一套适合液相金属有机源进液并进行闪蒸的系统,通过使用开有微孔的毛细管,将气体与金属有机源液体混合,保证了连续稳定的金属有机源输运,实现了实验的稳定性,为后期工业化生产研究打下基础。（2）对不同反应室喷口设计的系统进行对比实验。通过改进系统气流控制系统,使得基底上方的气流速度减慢并容易得到控制。在LAO的单晶基底上制备出了完全c轴取向的YBCO外延薄膜。其薄膜表面均匀,致密,晶粒之间连续性好,测得临界电流密度Jc为0.2MA/cm2。2.在LaAlO3单晶基底上生长YBCO外延薄膜,研究了工艺参数（温度、总压强、氧分压）对YBCO薄膜的结构、表面形貌以及成分比例的影响,并优化了生长工艺。获得了完全c轴取向YBCO薄膜,面外半高宽为0.4°,薄膜表面晶粒连续、均匀,其临界电流密度达到了0.6 MA/cm2。3.在多层过渡层结构的Ni-5%W/Y2O3/YSZ/CeO2基底上研究制备YBCO涂层导体。研究了过渡层中CeO2层的面外取向对YBCO薄膜结构的影响,发现面外半高宽越小,获得的YBCO涂层导体结构越?好。在CeO2层半高宽为5.5°时获得（005）峰半高宽仅为3.5°的YBCO外延膜。研究了温度对YBCO涂层导体结构的影响,在865℃获得了完全c轴取向,且面外半高宽为3.0°的高质量薄膜。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 超导体的发展历史
• 1.2 超导体的主要性质
• 1.2.1 零电阻效应
• 1.2.2 迈斯纳效应
• 1.3 高温超导YBCO 薄膜的应用
• 1.3.1 弱电应用
• 1.3.2 强电应用
• 1.4 高温超导体YBCO 结构以及其特性
• 1.5 YBCO 薄膜的制备方法及衬底的选择
• 1.5.1 YBCO 薄膜的制备方法
• 1.5.2 衬底的选择
• 1.6 高温超导YBCO 带材的发展现状
• 1.7 本论文的研究意义和内容
• 第二章 YBCO 薄膜的MOCVD 生长方法和表征手段
• 2.1 MOCVD 的特点与优势
• 2.2 本论文使用的MOCVD 系统
• 2.2.1 气体输运装置
• 2.2.2 蒸发皿装置
• 2.2.3 进液系统
• 2.2.4 反应室装置
• 2.3 YBCO 薄膜制备过程中使用的衬底以及原材料
• 2.3.1 衬底材料
• 2.3.2 金属有机源
• 2.4 实验方法与过程
• 2.5 YBCO 薄膜的表征手段
• 2.5.1 X 射线衍射（XRD）
• 2.5.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.5.3 临界电流密度（Jc）
• 第三章 在LAO 单晶基底上制备高质量YBCO 薄膜
• 3.1 进气方式对YBCO 薄膜外延的影响
• 3.2 温度对YBCO 薄膜质量的影响
• 3.3 总压强、氧分压与薄膜质量的关系
• 3.3.1 总压强对薄膜表面形貌及取向的影响
• 3.3.2 氧分压与薄膜取向及表面形貌的关系
• 3.4 小结
• 第四章 在金属基底上制备YBCO 薄膜初探
• 4.1 基底缓冲层面外取向对YBCO 薄膜影响
• 4.2 基底温度对制备YBCO 涂层导体的影响
• 4.3 小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果