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采用光辅助MOCVD方法生长YBCO薄膜和厚膜及其特性研究

方秀军  
【摘要】: YBa2Cu3O7-δ(YBCO)材料在弱电方面的应用,特别是微波通讯所需的微波滤波器方面已经走上了实用化的道路。但是,制作高温超导滤波器所需的核心部分原材料,高质量双面YBCO高温超导体薄膜在国内仍然很难大批量提供。因此,为了解决这一难题,我们利用自行设计和搭建的光辅助MOCVD(photo-assisted Metel-organic Chemical Vapor Deposition)系统制备了高质量YBCO薄膜,并对其性能做了较为系统的研究。 通过我们自行搭建的光辅助MOCVD系统,不断优化长膜实验条件,包括衬底温度、三种金属有机源的挥发温度、载气及氧气和一氧化二氮的流量、生长时间、及生长总压等,制备出了质量比较高的YBCO高温超导膜。 在优化制膜实验过程中,首次通过计算机模拟了第一台石英反应室内部气流、压力、温度等参数的分布情况。通过与实验结果对比,发现模拟与实验基本吻合,数学上的模拟对于反应室结构的设计非常有参考意义。 同时进一步分析了金属有机源的热学特性,分析了金属有机源对薄膜表面的影响,通过改进源炉内部的内罐结构,改善了源挥发的均匀性。 通过计算机编程控制三种金属有机源挥发过程的温度,使得三种源可以在相对较长的时间内(15分钟)实现按预定比例均匀供给,薄膜的厚度可以达到4.5μm。对YBCO外延膜的厚度可以进行有效的控制,生长小面积(3×10cm)YBCO薄膜及厚膜(膜厚在1μm以上者)的重复率已经达到了80%以上。这一改进对实现高温超导膜产业化生产的目标具有重要意义。 本论文主要目的是为以光辅助MOCVD法制备大面积高质量YBCO外延膜作前期必需的准备工作,例如膜生长参数的优化及有效控制膜的厚度。


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