電子束蒸發(fā)原位退火生長MgB-,2-超導(dǎo)薄膜及其物性研究.pdf

1、MgB2良好的超導(dǎo)性能使其在超導(dǎo)電子應(yīng)用方面有著廣闊的前景，高質(zhì)量薄膜是超導(dǎo)器件的前提，原位退火制備薄膜的方法具有適合多層膜器件的優(yōu)勢，所以研究用原位退火方法制備高質(zhì)量MgB2薄膜對這個材料在超導(dǎo)電子學(xué)中的應(yīng)用至關(guān)重要。 本文利用電子束蒸發(fā)原位退火方法在Al2O3和Si襯底上制備MgB2超導(dǎo)薄膜，背景真空為1×10-7mbar，先驅(qū)膜為周期結(jié)構(gòu)的[B(100A)+Mg(151A)]N多層膜，N取決于所需膜厚，沉積好的先驅(qū)膜在15

2、0 Pa高純氬氣的保護氣氛下原位退火，熱處理溫度選?。?50℃，600℃，625℃，650℃，675℃，700℃，725℃，750℃，800℃，熱處理時間為：10分鐘，20分鐘，30分鐘，1小時，2小時，4小時。研究了MgB2超導(dǎo)薄膜的制備工藝和相關(guān)的超導(dǎo)特性，主要工作如下： 1.在熱處理溫度為630℃保持25分鐘的情況下，成功在Al2O3襯底上制備出零電阻臨界溫度為30.3K，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變寬度為0.1K的MgB2均勻超導(dǎo)薄膜。0.

3、1K的轉(zhuǎn)變寬度是迄今為止用原位退火方法制備的MgB2薄膜中最窄的，說明獲得了相純、均勻的超導(dǎo)膜。 2.在熱處理溫度為800℃保持30分鐘的情況下，成功在無緩沖層Si襯底上制備出零電阻臨界溫度為32.8K，臨界電流密度為3.3x105A/cm2的MgB2超導(dǎo)薄膜。這是迄今為止無緩沖層或籽層Si襯底上用原位退火方法獲得的MgB2薄膜中零電阻臨界溫度最高的。 3.進一步優(yōu)化了電子束蒸發(fā)制備MgB2超導(dǎo)薄膜工藝：1、設(shè)計先驅(qū)膜頂

4、層為100A的B層，熱處理時B層起Mg蒸汽保護帽的作用，有效阻止Mg揮發(fā)。2、降低O2污染：我們利用Mg對O2敏感起吸收劑的作用，在沉積先驅(qū)膜前及進行熱處理前，分別蒸鍍100A鎂。實驗結(jié)果表明，預(yù)蒸鎂的方法能有效地提高MgB2超導(dǎo)薄膜零電阻溫度3、阻礙Mg向Si襯底擴散：我們在Si襯底上制備MgB2超導(dǎo)薄膜時設(shè)計先驅(qū)膜底層為100A的B層，讓B層起“緩沖層”作用阻礙Mg向Si襯底擴散，實驗結(jié)果表明，雖然100A的B層不能完全阻止Mg與S

5、i之間的擴散，但“B緩沖層”的方法能有效地提高Si襯底上MgB2超導(dǎo)薄膜零電阻溫度。 4.研究了不同熱處理溫度和熱處理時間對MgB2薄膜性能的影響，結(jié)果表明MgB2可以在550～800℃溫度范圍成相。熱處理時間依賴于熱處理溫度，在625℃～800℃溫度區(qū)間，20～30分鐘退火時間為最佳。當(dāng)熱處理溫度低于625℃時，熱處理時間需增加，例如當(dāng)熱處理時間從30分鐘增加到2小時，550℃退火的樣品零電阻臨界溫度提高了11.7K。但是過