面向微波应用的铊系高温超导薄膜研究

题名:面向微波应用的铊系高温超导薄膜研究
作者:游峰
学位授予单位:南开大学
关键词:T1-2212超导薄膜;;蓝宝石;;MgO;;金属铈溅射靶CeO_2缓冲层
摘要:

 Tl-2212高温超导薄膜具有超导转变温度高、临界电流密度大、微波表面电阻低以及环境稳定性好等优点,是制作高性能超导微波无源器件的优良材料。在制备Tl-2212高温超导薄膜的众多衬底材料中,蓝宝石和MgO单晶基片具有适中的介电常数和较低的微波损耗,因此非常适合于在微波领域的应用。特别是Rare earth magnets大面积的蓝宝石单晶基片价格相对较低,对Tl-2212高温超导薄膜在微波领域中的应用和推广有着重要的意义。

 本论文系统研究了在蓝宝石和MgO衬底上制备Tl-2212高温超导薄膜的生长规律,深入研究了不同工艺条件对超导薄膜结晶质量及超导性能的影响,并制备了高质量的面向微波应用的大面积高温超导薄膜。本论文的具体研究内容和研究成果如下：

 1、以金属铈作为溅射靶,采用射频磁控反应溅射的方法在蓝宝石(1102)衬底上原位生长了Ce02缓冲薄膜。研究了不同的生长工艺对Ce02薄膜晶体结构、表面形貌以及基片和缓冲层界面处元素扩散的影响。在最佳工艺条件下生长的厚度为40 nm的Ce02缓冲薄膜具有较好的结晶质量和较低的表面粗糙度,并且可以有效阻止基片中的元素扩散至Tl-2212超导薄膜中。

 2、系统研究了Ce02缓冲层的生长工艺条件对Tl-2212超导薄膜晶体结构和超导电性的影响。在最优化工艺条件下制备的Tl-2212超导薄膜具有较好的c轴取向一致性。薄膜的最高超导转变温度Tc可达107 K,临界电流密度Jc达到6 MA/cm2(77 K,O T)。

 3、在10 mm×10mm的双面抛光蓝宝石基片上以CeO2薄膜作为缓冲层生长了双面T1-2212超导薄膜。薄膜具有较高的结晶质量和两面一致性,Tc达到106.7K,临界电流密度分别为4.25 MA/cm2和5 MA/cm2(77 K,0 T)。

 4、在直径为2英寸的双面抛光蓝宝石基片上研制出了高质量的双面T1-2212高温超导薄膜。测试结果表明,在整个基片范围内薄膜具有均匀的超导电性分布,超导转变温度Tc大于105 K,△T小于0.3 K。在77 K,0 T条件下薄膜的临界电流密度Jc均大于1.5 MA/cm2,微波表面电阻Rs小于450μΩ(77 K,10GHz),表明薄膜具有良好的微波性能。

 5、研究了MgO单晶基片的高温处理对表面晶体结构以及Ce02薄膜生长的影响；研究了在经过高温处理的MgO单晶基片外延生长Ce02缓冲薄膜的工艺条件；在直径为2英寸的MgO基片上以最优化工艺制备了Ce02缓冲薄膜,分析了大面积缓冲薄膜的厚度分布和晶体结构的均匀性。结果表明,对MgO单晶基片进http://www.chinamagnets.biz/faq.php行高温处理可有效去除表面潮解层、污染层和损伤层,使基片表面的晶体结构得到很大改善,可大大提高CeO2薄膜的结晶质量。在最优化工艺下制备的大面积Ce02薄膜具有较好的结晶质量和厚度分布均匀性。

 6、研究了在MgO单晶基片上生长的Ce02缓冲层对T1-2212高温超导薄膜晶体结构和超导电性的影响,为大面积T1-2212超导薄膜的制备奠定基础。
学位年度:2010