YBCO高溫超導薄膜器件研制及光化學-輻照特性研究.pdf

1、本論文研究隸屬于“超導-激光”交叉學科領(lǐng)域，雖“超導-激光”交叉學科在全球范圍內(nèi)尚處于初期建設(shè)階段，但其重要性已引起了眾多學者的廣泛關(guān)注，有著極其廣闊的發(fā)展前景。作為交叉學科領(lǐng)域，知識覆蓋廣、集成創(chuàng)新多成為了本論文的主要特點，要保持對該交叉學科的持續(xù)研究及推動，不可避免地涉及到以下三個方面的內(nèi)容：
　　 1)高溫超導薄膜器件及系統(tǒng)研究；
　　 2)高溫超導薄膜激光化學特性研究；
　　 3)高溫超導薄膜激光輻照特性

2、研究；
　　 本研究以最終構(gòu)建較為完整的“超導-激光”研究體系以及推動其應用作為長期目標，為能保持該研究的長期持續(xù)穩(wěn)定進行，本論文側(cè)重于開展高溫超導薄膜器件及系統(tǒng)、光化學特性以及光輻照特性等三個方面的實驗及理論研究，從而為持續(xù)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。
　　 YBCO高溫超導微波薄膜器件是利用YBCO高溫超導薄膜在低溫環(huán)境中優(yōu)越的表面電阻性能，制作的濾波器、雙工器、多工器等，其性能參數(shù)遠遠高于常規(guī)微波器件；YBCO薄膜的激光化學

3、刻蝕技術(shù)是利用激光亮度高、單色性好、方向性好和相干性好的優(yōu)點，可兼顧干法離子刻蝕和濕法化學刻蝕的優(yōu)勢，其研究成果將更加適合于批量化的YBCO薄膜刻蝕；YBCO薄膜光響應器件是利用YBCO薄膜的光學性能與一般半導體光電材料相比，其能隙至少要窄約二個數(shù)量級，又具有較高的光學吸收系數(shù)，制作的光控高溫超導開關(guān)、衰減器以及其它光響應器件在眾多領(lǐng)域都有著特殊的應用。正因如此，高溫超導薄膜的器件制作技術(shù)、刻蝕技術(shù)以及光子響應特性等研究均成為國內(nèi)外學者

4、的研究熱點，至今仍存在很多問題沒有得到有效解決。
　　 本文的工作就是圍繞高溫超導薄膜的器件制作技術(shù)、刻蝕技術(shù)以及光子響應特性等研究而開展的，主要的研究結(jié)果如下：
　　 以高溫超導薄膜的性能研究為主線，以實現(xiàn)其應用為目的，深入開展基本原理、監(jiān)測方式、加工工藝以及器件制作四個層面的研究，爭取圍繞高溫超導薄膜及其相關(guān)學科特性形成較為完整的可持續(xù)研究體系。
　　 YBCO高溫超導薄膜器件研制及光化學、光輻照特性研究是典

5、型的交叉學科課題，它以高溫超導薄膜特性研究為基礎(chǔ)，涉及到包括超導學、電子學、化學、激光等眾多領(lǐng)域，知識背景復雜，使得現(xiàn)階段YBCO高溫超導薄膜的器件研制及光化學、光輻照特性研究等方面均存在許多急待解決的問題。因各個方面之間互相關(guān)聯(lián)，獨立研究很難達到推動實際應用的目的，為保持長期的可持續(xù)研究，本論文選擇以搭建研究體系為切入點，并在各個方面積極開展工作，為綜合性和長期性研究奠定基礎(chǔ)，成為本論文的主要特色之一。
　　 本文的主要創(chuàng)新之

6、處包括：
　　 1)提出了低刻蝕誤差影響、高溫超導廣義切比雪夫高低通級聯(lián)以及限幅自保護等高溫超導器件新結(jié)構(gòu)、新方法，系統(tǒng)研究了高溫超導諧振器、濾波器、雙工器、接收機前端等的相關(guān)仿真、制作和測試技術(shù)。
　　 本論文對高溫超導諧振器、星載高溫超導濾波器、低刻蝕誤差影響高溫超導濾波器、星載高溫超導微波雙工器、高溫超導窄帶廣義切比雪夫函數(shù)濾波器、限幅自保護高溫超導接收機前端等進行了深入的仿真及試驗工作。
　　 2)提出了

7、YBCO高溫超導薄膜的激光輔助化學刻蝕方法，并研究了激光化學刻蝕進程中的表面變化特性以及紅外、電流特性等。
　　 目前，已有的高溫超導刻蝕技術(shù)主要有干法離子刻蝕、濕法化學刻蝕以及激光直寫刻蝕等，這些刻蝕技術(shù)均存在一定弊端，對后期高溫超導器件制作的性能均存在一定程度的影響。本論文對高溫超導薄膜的激光誘導液相腐蝕技術(shù)及其相關(guān)的紅外、電流特性進行了研究。
　　 3)提出了YBCO高溫超導薄膜的反應啟動時長（刻蝕材料與腐蝕溶液從

8、開始接觸到腐蝕開始的時間間隔）及液層下的YBCO薄膜粗糙度的實時測量方法，并對其進行了實驗研究，獲得了有價值的實驗結(jié)果。
　　 隨著刻蝕速率的不斷提高，對時間的控制精度要求也越來越高，化學反應啟動時長的存在，對快速刻蝕的時間控制而言，有著較大影響，已經(jīng)不容忽視。另外，表面粗糙度是判斷YBCO高溫超導薄膜刻蝕技術(shù)優(yōu)劣的重要指標，但對于濕法刻蝕工藝，YBCO薄膜位于液層下方，要實現(xiàn)YBCO薄膜在濕法刻蝕進程中表面粗糙度的實時監(jiān)測具有

9、極大的難度。現(xiàn)今比較成熟的材料表面粗糙度實時不接觸監(jiān)測方法均不能對位于液層下的腐蝕表面粗糙度變化進行實時監(jiān)測，這也極大地制約了YBCO高溫超導薄膜激光輔助化學刻蝕技術(shù)的研究與發(fā)展。本論文對YBCO薄膜的化學反應啟動時長以及液層下YBCO薄膜粗糙度的實時監(jiān)測方法進行了實驗研究。
　　 4)提出、設(shè)計、制作并測試了一種光控高溫超導衰減器，并對其主要光響應特性進行了系統(tǒng)的實驗研究，獲得了眾多有價值的實驗結(jié)果。
　　 本論文提出

10、并采用的光控高溫超導微波可變衰減器，可以有效地解決以上所提到的問題，并對設(shè)計過程及測試結(jié)果進行了系統(tǒng)分析。該衰減器，實際上是利用高溫超導薄膜在液氮溫區(qū)所展現(xiàn)出的極低的微波表面電阻和卓越的激光響應特性，從而達到優(yōu)良的衰減性能。另外，論文對YBCO高溫超導微帶線非平衡光響應的恢復時長、非平衡響應特性、光響應記憶效應等也開展了一系列的實驗研究。
　　 在國內(nèi)、外文獻中，均未見有關(guān)YBCO薄膜反應啟動時長紅外測量方法、液層下YBCO表面