化學(xué)溶液沉積法快速制備釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體及機(jī)理研究.pdf

1、以釔鋇銅氧(YBa2Cu3O7-δ)為代表的涂層導(dǎo)體的發(fā)展推動(dòng)了高溫超導(dǎo)體實(shí)用化進(jìn)程。然而，在制備YBa2Cu3O7-δ(YBCO)涂層導(dǎo)體過(guò)程中，YBCO具有較強(qiáng)的各向異性和晶界弱連接性，致使YBCO超導(dǎo)薄膜輸運(yùn)能力下降。因此，YBCO需沉積在具有(L00)方向織構(gòu)的柔性金屬基帶上，借助金屬襯底將織構(gòu)傳遞到Y(jié)BCO超導(dǎo)薄膜中。如今，比較成熟的金屬基帶（主要是鎳合金）制備路線有兩種:軋制輔助雙軸織構(gòu)基底技術(shù)(RABiTS)和離子束輔助沉

2、積技術(shù)(IBAD)。然而，在制備過(guò)程中，襯底中金屬離子容易擴(kuò)散到Y(jié)BCO超導(dǎo)薄膜中，破壞薄膜的超導(dǎo)電性。因此，在金屬襯底和超導(dǎo)薄膜之間還需添加緩沖層來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。緩沖層既要充當(dāng)擴(kuò)散壁壘阻擋襯底中的金屬有害離子向超導(dǎo)層擴(kuò)散，又要充當(dāng)超導(dǎo)層的外延模板優(yōu)化和匹配超導(dǎo)層晶格，從而生長(zhǎng)出高性能的YBCO超導(dǎo)層。
　　近年來(lái)，雖然YBCO涂層導(dǎo)體已經(jīng)開始應(yīng)用，低成本仍然是實(shí)現(xiàn)涂層導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化的前提和保證。簡(jiǎn)化涂層導(dǎo)體每一層制備工藝，特別是緩沖

3、層結(jié)構(gòu)及工藝是降低涂層導(dǎo)體成本的有效途徑，是實(shí)現(xiàn)規(guī)?；年P(guān)鍵;另外，涂層導(dǎo)體的制備周期一般較長(zhǎng)，提高帶材制備效率，縮短制備時(shí)間也是降低成本的重要途徑。在眾多的制備方法中，化學(xué)溶液沉積(CSD)法以其容易控制成分和不需要真空系統(tǒng)，容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)備受重視，成為未來(lái)發(fā)展方向。
　　然而，在YBCO熱處理合成過(guò)程中，較高的熱處理溫度常把金屬基帶氧化且在表面形成(111)取向的NiO薄膜，嚴(yán)重影響YBCO超導(dǎo)層的織構(gòu)和性能。

4、因此，很有必要在鎳合金表面率先氧化一層c軸織構(gòu)且表面致密的種子層以保證后續(xù)緩沖層和超導(dǎo)層的有效外延。該種方法簡(jiǎn)易高效，被認(rèn)為是一條適合工業(yè)化生產(chǎn)的捷徑。然而，以往的基帶氧化通常在空氣中進(jìn)行，過(guò)高的氧化溫度降低了基帶的機(jī)械強(qiáng)度，不利于長(zhǎng)帶的連續(xù)制備。本論文采用普氬氣氛下中溫氧化和空氣中退火再結(jié)晶優(yōu)化制備了NiO(L00)薄膜，降低了鎳金屬氧化溫度。
　　以往CSD法制備涂層導(dǎo)體各層薄膜時(shí)揮發(fā)和分解過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，致使反應(yīng)復(fù)雜，只能以緩

5、慢的升溫速度才能保證外延薄膜的平整，整個(gè)熱處理過(guò)程需要10h以上。本論文將揮發(fā)和分解過(guò)程分開進(jìn)行，采用溶劑沸點(diǎn)以下干燥和前驅(qū)物固態(tài)分解的形式快速制備了緩沖層和YBCO超導(dǎo)層。
　　首先，借助乳酸溶劑和硝酸鹽前驅(qū)物配制新的SmBiO3(SBO)和Ce08Sm0.2O2-Δ(CSO)緩沖層前驅(qū)溶液。通過(guò)調(diào)整緩沖層前驅(qū)體熱處理工藝分別快速制備了平整致密、高度織構(gòu)的SBO和CSO緩沖層薄膜。整個(gè)制備周期縮短至2h以內(nèi)。
　　另外，緩

6、沖層薄膜的質(zhì)量直接影響著后續(xù)YBCO超導(dǎo)層的制備和性能。在薄膜成相外延過(guò)程中，外延溫度、外延時(shí)間、氧分壓和襯底晶格失配等因素對(duì)薄膜外延的影響很大，只有在平整且高度c軸取向的緩沖層薄膜上才能外延生長(zhǎng)出高性能的YBCO超導(dǎo)薄膜。因此，本論文針對(duì)SBO薄膜成相外延中主要影響因素進(jìn)行了詳細(xì)分析，一些結(jié)果對(duì)高溫超導(dǎo)帶材工業(yè)化進(jìn)程具有促進(jìn)作用，同時(shí)有助于理清薄膜外延生長(zhǎng)過(guò)程中一些基礎(chǔ)問(wèn)題，為其它薄膜材料外延生長(zhǎng)提供指導(dǎo)。
　　最后，采用類似的