钇钡铜氧涂层导体用BaZrO_3/NiO缓冲层的制备研究

【摘要】：YBa_2Cu_3O_(7-δ)(简称YBCO)涂层导体以其在高磁场下优越的载流性能而备受关注。但由于直接在柔性金属NiW基带上沉积YBCO会出现晶格失配和元素互扩散问题,因此需要在NiW基带与超导层之间制备缓冲层薄膜,作为上层YBCO薄膜外延生长的中间模板,同时也可以起到阻挡金属基底与YBCO超导层之间元素扩散的作用。然而,传统的缓冲层大多采用多层膜叠层的结构,其制备工艺较为复杂,难以大规模推广使用。因此,本课题发展了一种简化的缓冲层结构,即采用自氧化外延法(SOE),首先在NiW基带上制备双轴织构的NiO缓冲层,随后利用溶胶-凝胶法在其上制备BaZrO_3缓冲层,从而解决了在NiO缓冲层上难以直接制备出c轴织构YBCO薄膜的问题。主要研究工作如下:首先,研究了在NiW基带上自氧化外延生长NiO缓冲层的工艺方法,发现在气氛为O_2:N_2=1:250,氧化温度为950℃,氧化时间为5分钟的参数条件下,可以制备出具有良好c轴取向,且表面粗糙度较低的NiO薄膜。经过XRDθ-2θ、ω、φ扫描分析以及EBSD分析证明了所制备的NiO具有良好的(200)择优取向,且表现出良好的面内、面外生长织构。其次,采用溶胶-凝胶法在所制备的NiO缓冲层上制备BaZrO_3(以下简称BZO),用以降低NiO的表面粗糙度并提高其阻挡元素扩散的能力。研究发现以金属离子总浓度为0.3mol/L的BZO溶胶为前驱液,将制备好的凝胶膜经预处理(80℃,200℃分别保温10min)后,在850℃中对其进行1小时的晶化热处理,可在铝酸镧单晶衬底上制备出具有良好c轴取向的BZO薄膜,这为在NiO上沉积BZO薄膜打下了基础。然后,采用相同的预处理工艺,在高纯氩气的气氛下随炉升温至850℃后保温30分钟,可在NiO/NiW复合结构上制备出具有良好c轴取向的BZO薄膜。经过测试发现所制备的BZO薄膜的面粗糙度Sa=17nm,有效降低了底层NiO缓冲层的表面粗糙度(Sa=26nm),有利于后续YBCO的沉积。最后,在制得的BZO/NiO/NiW复合结构上采用脉冲激光沉积法制备出了 YBCO薄膜,经过XRD测试发现其具有良好的c轴取向,这将为具有简化的缓冲层结构的YBCO涂层导体的开发奠定基础。