用PLD和MOD方法制備CeO-,2-過渡層的研究.pdf

1、高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體因其優(yōu)良的性能已成為超導(dǎo)領(lǐng)域的研究熱點。在涂層導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的超導(dǎo)層YBa<,2>Cu<,3>O<,7-δ> (YBCO)與大多數(shù)金屬基底材料都會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以通常在金屬基底與YBCO層之間需插入一層或幾層過渡層(Buffer layers)材料。過渡層可以阻擋基底和YBCO層間的反應(yīng)，減少基底和超導(dǎo)層的晶格錯配以及熱膨脹系數(shù)的差異，還可以將基底的織構(gòu)傳遞給YBCO層，使其能在過渡層上外延生長。由于氧化鈰(CeO<,2>

2、)在高溫下很穩(wěn)定，硬度高，它與YBCO晶格錯配小，有利于YBCO的外延生長，近些年來CeO<,2>作為直接沉積YBCO超導(dǎo)層的過渡層材料受到了研究者的廣泛青睞。 本文采用金屬有機源沉積Metal Organic Deposition(MOD)和脈沖激光沉積Pulse Laser Deposition(PLD)兩種方法，在單晶基底和自制的立方織構(gòu)的Ni-5at.％W基底上制備了CeO<,2>過渡層。用TG和DTA研究了前驅(qū)鹽的分解

3、過程；通過XRD研究了熱處理參數(shù)對合成CeO<,2>相及薄膜取向的影響；采用AFM研究了所獲得的CeO<,2>薄膜表面形貌及起伏情況：使用AES對所獲得CeO<,2>薄膜進行元素深度剖析，研究了薄膜阻止Ni元素的擴散情況;重點討論了PLD方法和MOD方法制備CeO<,2>過渡層的的工藝及各工藝參數(shù)對CeO<,2>的織構(gòu)和表面形貌的影響。 研究發(fā)現(xiàn)在用PLD方法制備的過渡層薄膜中，通過研究得到了生長高性能Ce02薄膜所需要的最優(yōu)基

4、片溫度窗口為780℃～860℃，通過原子力顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)在同樣的脈沖沉積次數(shù)下，溫度對薄膜表面的形貌影響不大；隨著脈沖沉積次數(shù)的增加，晶粒逐漸長成長條形狀，并且表面起伏增加，粗糙度增大；隨著脈沖頻率的增大，薄膜的表面出現(xiàn)較大的顆粒，薄膜的表面粗糙度增大。 通過研究MOD方法制備CeO<,2>薄膜的不同燒結(jié)工藝，得出了1000℃燒結(jié)60分鐘為最佳的燒結(jié)條件；研究了不同的燒結(jié)工藝對CeO<,2>薄膜的表面形貌的影響后發(fā)現(xiàn)，隨著燒結(jié)溫

5、度和時間的增加，薄膜的晶粒增大，表面起伏增加，表面的粗糙度也隨之增大；前驅(qū)溶液的濃度也會影響薄膜的致密性，濃度過大會使薄膜出現(xiàn)孔洞；隨著薄膜厚度的增加，薄膜的粗糙度沒有明顯的變化。在優(yōu)化的工藝下制備的CeO<,2>薄膜表面平整致密，沒有裂紋，晶粒大小均勻，在1μm×1μm的范圍內(nèi)的表面粗糙度(RMS)只有2.2nm，該薄膜(111)面ψ掃描的半高寬值(FWHM)為6.4°，(002)面的搖擺曲線的半高寬值為4.97°，具有尖銳的立方織構(gòu)

6、，該CeO<,2>薄膜的厚度約為60nm，可以很好的阻止Ni元素向外的擴散，為后續(xù)超導(dǎo)層的制備提供了良好的模板。綜上所述，本文探索了采用PLD方法和MOD金屬有機源化學(xué)沉積方法在單晶上和自制的織構(gòu)金屬Ni合金基帶上制備了CeO<,2>過渡層的工藝技術(shù)，其中用MOD方法在自制的織構(gòu)金屬Ni合金基帶首次在國內(nèi)制備了具有強烈立方織構(gòu)的CeO<,2>過渡層，其薄膜表面平整光亮，沒有裂紋，很好的阻止了Ni合金基板與YBCO超導(dǎo)層的反應(yīng)擴散，起到了