MgB2超導(dǎo)薄膜的制備及應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、早在1950年人們就已經(jīng)知道有MgB2這種材料存在，但長(zhǎng)期以來并未受到人們重視。日本青山學(xué)院教授秋光純?cè)?001年宣布發(fā)現(xiàn)MgB2具有超導(dǎo)電性，其臨界轉(zhuǎn)變溫度達(dá)39K，這一重大發(fā)現(xiàn)立即在國(guó)際物理學(xué)界引起了極大的關(guān)注。MgB2不但突破了傳統(tǒng)BCS預(yù)言的簡(jiǎn)單金屬間化合物的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度極限(約為24K)，還具有許多“傳統(tǒng)”高溫超導(dǎo)材料不具備的超導(dǎo)特性，因此這種材料無論在超導(dǎo)機(jī)制的理論研究上，還是在材料的應(yīng)用開發(fā)上，都具有十分重大的意義。

2、>　　 本論文詳細(xì)介紹了基于化學(xué)氣相沉積(CVD)方法的MgB2超導(dǎo)薄膜制備工藝和應(yīng)用基礎(chǔ)研究的結(jié)果。以化學(xué)氣相沉積加后退火的異位兩步生長(zhǎng)法，制備出大面積MgB2超導(dǎo)薄膜，所用的樣品基片是Al2O3多晶拋光片，面積為6.5cm×5.0cm，并通過多種檢測(cè)手段測(cè)定、分析其超導(dǎo)特性。以原位物理化學(xué)氣相沉積(HPCVD)-步法，也制備出性能優(yōu)良的MgB2超導(dǎo)薄膜。提出了以晶形單質(zhì)硼為介質(zhì)層的MgB2-B-MgB2超導(dǎo)SIS多層膜的制備方法，

3、并開發(fā)出了和現(xiàn)行微電子工藝相兼容的MgB2超導(dǎo)薄膜布圖布線技術(shù)和工藝，為基于MgB2超導(dǎo)薄膜的約瑟夫森器件和超導(dǎo)集成電路的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。論文主要工作總結(jié)如下：
　　 1、在多晶Al2O3拋光基片上，通過異位兩步生長(zhǎng)法(即化學(xué)氣相沉積加后退火)制備出大面積的MgB2超導(dǎo)薄膜，樣品的R-T曲線是用自己搭建的超導(dǎo)電性自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量的，測(cè)出的Tc為39K。進(jìn)行了樣品的SEM表面形貌觀察、X-射線衍射(XRD)結(jié)構(gòu)分析、超導(dǎo)量子干

4、涉儀MPMS(SQUID)的磁性測(cè)量和X射線光電子能譜(XPS)表面分析。由薄膜樣品磁滯曲線(M-H)和磁矩曲線(M-T)得到的臨界電流密度達(dá)1.8×106A/cm2以上。
　　 2、在多晶Al2O3基片上，使用我們自行研發(fā)的雙加熱器薄膜制備系統(tǒng)，采用原位一步法生長(zhǎng)薄膜的工藝和技術(shù)，制備的MgB2超導(dǎo)薄膜其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc達(dá)到38.5K，轉(zhuǎn)變區(qū)間寬度△Tc為0.5K。并測(cè)量了樣品的SEM表面形貌、X-射線衍射譜、X射線光電子能譜

5、和磁性。根據(jù)薄膜樣品的磁滯曲線，樣品的臨界電流密度可達(dá)105A/cm2以上，達(dá)到了集成電路實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)互連應(yīng)用的水平。
　　 3、結(jié)合兩步法和一步法生長(zhǎng)工藝，開發(fā)了MgB2-B-MgB2超導(dǎo)SIS多層膜結(jié)構(gòu)的制備方法，進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。該方法具有工藝簡(jiǎn)單，和單層超導(dǎo)薄膜制備工藝兼容，不引入新的系統(tǒng)污染等優(yōu)點(diǎn)，為下一步制備MgB2的約瑟夫森結(jié)打下了較好的基礎(chǔ)
　　 4、發(fā)明了MgB2超導(dǎo)薄膜的兩種布圖布線工藝，其中，經(jīng)由硼