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铋锶钙铜氧与钇钡铜氧复层薄膜的制备及性能研究

刘晓琴  
【摘要】:高温超导异质结可用于超导电子元器件的制备,在超导电子学领域具有广阔的应用前景。采用溶胶-凝胶法将 Bi2Sr2CaCu2O8+δ(Bi-2212)和 YBa2Cu3O7-x(YBCO)复合制备成高温超导多层薄膜,在界面结合处可能会产生一些弱连接效应,可用于一些超导微电子器件的制备。然而,高温超导多层膜在制备过程中可能存在一些问题。比如,多次热处理会降低薄膜的超导性能,并且超导多层薄膜要实用化,往往需要将其微细结构化,由于YBCO和Bi-2212超导薄膜本身的特点,现有的刻蚀方法可能会破坏薄膜的形貌、降低薄膜的性能。本论文研究了醋酸盐基溶胶-凝胶法制备Bi-2212薄膜的热处理工艺,探讨了 Bi-2212的成相机理。最终在LaAlO3(LAO)基板上制备出具有c轴生长取向、超导临界转变温度(Tc)为88K、临界电流密度(Jc)为1.1×105A/cm2(50K,0T)的Bi-2212超导薄膜。使用一种新的感光修饰剂丙烯酸制备感光Bi-2212溶胶,探讨了丙烯酸作为化学修饰剂与金属离子形成配合物的可能性和感光性,研究了利用Bi-2212感光溶胶自身的感光性制备Bi-2212薄膜微细图形的工艺,即感光溶胶-凝胶法。通过感光溶胶-凝胶的方法制备出最小分辨率为3μm且具有良好超导性能的Bi-2212薄膜微细图形。采用溶胶-凝胶法制备了具有外延特性的Bi-2212/YBCO和YBCO/Bi-2212双层薄膜,并且结合感光溶胶-凝胶微细图形化方法制备了 Bi-2212/YBCO和YBCO/Bi-2212双层薄膜的图形结构。测试研究了双层薄膜的微观结构、超导性能以及界面效应。发现Bi-2212/YBCO和YBCO/Bi-2212双层薄膜中的每层薄膜都具有双轴织构,双层膜的电阻-温度(R-T)曲线中同时出现了 Bi-2212和YBCO的转变台阶,YBCO的转变区间在89~91K,Bi-2212的转变区间在80~84K。电流-电压(I-V)曲线显示出了双层膜具有零压超流特征,且分析结果表明零压超流现象是由SNS(超导层/金属层/超导层)效应导致的。采用溶胶-凝胶法制备了具有外延特性的YBCO/Bi-2212/YBCO三层超导薄膜,并且结合感光溶胶-凝胶微细图形化方法制备了 YBCO/Bi-2212/YBCO三层薄膜的图形结构。测试研究了三层薄膜的结构、超导性能以及界面效应。发现每层薄膜都具有双轴织构,三层膜的R-T曲线中同时出现了 Bi-2212和YBCO的转变台阶,其中上层和下层YBCO的超导转变区间在84~89K,中间层Bi-2212转变区间为65~67K。I-V特性曲线出现了零压超流现象。


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