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脉冲激光沉积法制备取向性钇钡铜氧薄膜的研究

雷婷  
【摘要】:YBa_2Cu_3O_(7-x)(YBCO)高温超导薄膜因具有高临界电流密度、高临界转变温度而受到广泛关注,并且在高温超导电子器件领域有着广泛的应用前景,因此高质量、高性能YBCO薄膜的制备是超导电子器件应用的基础。 YBCO薄膜具有强烈的各向异性,所以其超导性和生长取向密切相关,而在实际应用中以c轴和a轴取向的超导薄膜为主,其中c轴主要应用于电极和涂层导体的制备方面,a轴主要应用于对于超导机制的研究以及约瑟夫森结的制备方面。但要获得单一取向生长的YBCO薄膜比较困难,相比于溶胶凝胶法,脉冲激光沉积法具有厚度可控、薄膜均匀致密、可原位沉积多层膜等优点,所以本文拟采用脉冲激光沉积法来实现对YBCO薄膜的生长取向的控制,获得具有单一取向的外延薄膜。首先,通过不同实验参数在铝酸镧(LaAlO3)单晶基片上沉积了一系列YBCO薄膜。研究发现,沉积温度和气压是影响薄膜取向的主要因素,低温度、高气压下容易生长出a轴取向的YBCO薄膜,高温度、低气压有助于c轴YBCO薄膜的生长,本文在对样品台进行加工后得出:在沉积温度为725℃、氧压为70Pa条件下可制备出纯a轴取向生长的YBCO薄膜:在沉积温度为850℃、氧压为1OPa条件下可制备出纯c轴取向生长的YBCO薄膜,其临界转变温度为67K。其次,引入氩气作为传热介质来提高衬底的实际温度,有利于氧原子的扩散,从而提高临界转变温度,得出在沉积温度为85(T℃、总气压为30Pa条件下YBCO薄膜的临界转变温度提高至88.57K,较未引入氩气时有大幅提高。并尝试制备不同取向YBCO的多层膜结构,通过控制沉积参数得到底层和顶层均为c轴外延取向,中间层为a轴外延取向的YBCO(c)/YBCO(a)/YBCO(c)结构,测试结果表明成功外延出多层膜结构,为后续基于约瑟夫森结的超导电子器件的制备奠定基础。


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