Bi系氧化物薄膜分子束外延法制備及物理性能的研究.pdf

1、本文利用真空退火爐融煉束源金屬的單質(zhì)錠，作為束源爐的蒸發(fā)源;利用臭氧濃縮裝置獲得高濃度臭氧作為制備Bi系薄膜的氧化源;利用原子力顯微鏡研究了Bi，Sr，Ca和Cu金屬元素的蒸發(fā)速率。在此基礎(chǔ)上采用分子束外延法(MBE)制備Bi系氧化物薄膜。首先制備了結(jié)構(gòu)簡單，成相溫度寬的Bi2Sr2CuO6+δ薄膜，然后利用金屬源的蒸發(fā)速率并參考吸附系數(shù)，制備了Bi2.1CaySr1.9-yCuO6+δ薄膜和Bi2Sr2CaCu2O8+δ(Bi-221

2、2)薄膜，最后通過檢測手段分析研究了Bi系薄膜的結(jié)構(gòu)、表面形貌、結(jié)晶性和電學(xué)性能。本文的研究結(jié)果如下:
　　(1)對實驗設(shè)備進行改造并優(yōu)化薄膜制備條件。結(jié)果是臭氧濃縮裝置中硅膠的溫度控制在-80±1℃;濃縮6h可獲得高于90mol％的臭氧并保持4小時以上;Bi，Sr，Ca和Cu金屬的蒸發(fā)速率與束源爐溫度呈線性關(guān)系，符合Clausius-Clapeyron方程的推導(dǎo)式:LogR=a/T+b。
　　(2)實驗制備出了高質(zhì)量的Bi

3、2Sr2CuO6+δ薄膜，Bi2.1CaySr1.9-yCuO6+δ薄膜隨著分子式中y值增大，c軸長度減小，導(dǎo)電性質(zhì)隨著y值不同而不同，當y=0.8時，Tc，onset=90K。
　　(3)對于Bi2Sr2CaCu2O8+δ薄膜，在MgO(100)單晶襯底上外延生長Bi-2212薄膜時，當襯底溫度為699℃，臭氧分壓為2.2×10-4pa時，薄膜相純度最高且結(jié)晶質(zhì)量良好;相同制備條件下，SrTiO3(100)襯底上生長的Bi-22