脈沖激光沉積制備YBCO薄膜-激光誘生大顆粒的消除以及c軸擇優(yōu)外延生長研究.pdf

1、目前，在超導器件應用方面，YBa2Cu3O7-δ(YBCO)薄膜是研究最多、也是最接近實用化的一種高溫超導材料。有鑒于此，高質量的YBCO薄膜的制備技術和性能研究非常重要：一方面，可以用于基礎物理和性能的研究，如超導機理和磁通釘扎等性能的探索；另一方面，可以制成各種功能獨特的超導元器件，如約瑟大遜結和隧道結以及微波器件等。
　　 然而，制備高質量的YBCO薄膜仍然面臨一些技術挑戰(zhàn)，特別是對于脈沖激光沉積技術(PLD)外延生長YB

2、CO超導薄膜存在以下兩個難題：一、PLD特有的誘生大顆粒難以消除，從而造成薄膜粗糙、超導性能下降等，特別是超導微納器件中大顆粒的存在會嚴重降低其性能；二、YBCO薄膜在各類單晶基片上擇優(yōu)取向難以精確控制，也會影響薄膜的電流傳輸特性。針對這兩個難題，我們開展了以下的研究工作。
　　 第一，消除PLD技術制備YBCO薄膜普遍存在的大顆?，F(xiàn)象。首先，通過大量的實驗，總結出薄膜中大顆粒的產(chǎn)生規(guī)律。在此基礎之上，我們發(fā)展了一種網(wǎng)格掩模技術

3、，即在靶材和基片間插入一個合適的網(wǎng)格掩模，通過網(wǎng)格的尺寸和位置的調整，找到最佳的工藝參數(shù)，從而達到消除YBCO薄膜中從靶材濺射出來的大顆粒的現(xiàn)象。我們通過XRD、SEM、AFM等測量技術觀察薄膜形貌。結果表明：該方法制備的YBCO薄膜與傳統(tǒng)制備出來的薄膜的成相基本一致，其中網(wǎng)格有效地阻擋了從靶材中噴發(fā)的液滴(laser-induced particles)輸運到基片上，因此，最終沉積的YBCO薄膜幾乎觀察不到大的顆粒，平整性也有很大的提

4、高。
　　 第二，不同單晶基片上外延生長c軸擇優(yōu)YBCO薄膜的技術及機制。首先，采用PLD在三種不同單晶基片上(MgO、SrTiO3、Si)沉積YBCO薄膜，通過工藝的優(yōu)化、過渡層的使用(主要在Si基片上)在三種基片上成功地制備出c軸擇優(yōu)的YBCO薄膜。然后，通過XRD測量技術對薄膜樣品的晶體取向、微結構進行詳細的表征，并結合其超導性能的測量，闡明性能與微結構之間的內在聯(lián)系，并利用晶格匹配理論和界面能理論解釋了薄膜的外延生長機制