溶胶—凝胶法制备3英寸YBa2Cu3O7-x薄膜的研究

论文摘要

由于YBa2CH3O7-x（YBCO）高温超导薄膜具备优异的电学性能,用其制作的高温超导微波无源器件具有体积小、重量轻、损耗低、噪声小、低色散等优点,因此其在微电子应用领域有很好的市场前景。然而,这些微电子器件的集成化和产业化对大面积薄膜材料的制备提出了迫切的要求,因此制备性能良好的大面积YBCO薄膜成为高温超导薄膜的研究重点。溶胶-凝胶法具备成本低廉,工艺简单,可以在任意尺寸和形状的衬底上成膜等特点,是一种制备大面积YBCO薄膜极具潜力的方法。本文采用以丙烯酸作为铜离子络合剂的低氟溶胶工艺,探讨前驱物的不同化学计量比和热处理工艺对YBCO薄膜微观结构和超导相的影响。通过XRD、SEM和超导电性等测试分析发现:前驱物中阳离子的化学计量比为Y:Ba:Cu=1:2:4的YBCO薄膜具有较好的c轴生长取向,其临界转变温度Tc约为90K,转变宽度△Tc＜1K（77K,0T）:热处理工艺中,预处理温度为500℃、终处理温度为800℃时,样品的超导临界转变温度Tc最高,转变宽度△Tc最窄。同时对薄膜微观形貌随厚度的变化规律进行了探讨,研究发现,YBCO薄膜在LaAlO3（LAO）衬底上是优先c轴生长的,且随着薄膜厚度的增大YBCO薄膜由c轴生长取向转为a轴生长取向。最后采用合适的溶胶配比和热处理工艺,在3英寸LAO单晶衬底上制备出了具有较好c轴生长取向和面内均匀性的YBCO薄膜。薄膜表面平均粗糙度为38nm、平均厚度为0.83μm、膜厚偏差为3.71%、△Tc分布在0.46-0.92之间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 高温超导材料及其应用
• 1.2 YBCO薄膜结构和性能的关系
• 1.2.1 YBCO薄膜的结构
• 1.2.2 YBCO薄膜的性能
• 1.3 YBCO薄膜的制备工艺简介
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 YBCO薄膜的异位沉积工艺
• 1.3.3 基片的选择
• 1.4 大面积YBCO超导薄膜的研究现状
• 1.4.1 多元共蒸发法（Co-Evaporation）
• 1.4.2 脉冲激光沉积法
• 1.4.3 溅射法
• 1.4.4 溶胶-凝胶法
• 1.4.5 小结
• 1.5 本课题的目的和意义
• 2 研究方法及实验设备
• 2.1 研究思路及研究方案设计
• 2.1.1 研究思路
• 2.1.2 研究方案
• 2.2 实验过程
• 2.2.1 低氟溶胶性能的改善
• 2.2.2 合适的前驱物化学计量比的确定
• 2.2.3 有效热处理温度的确定
• 2.2.4 3英寸YBCO薄膜的制备
• 2.3 实验仪器设备
• 2.3.1 薄膜制备设备
• 2.3.2 薄膜性能的表征仪器
• 2.4 实验所用化学试剂
• 3 影响YBCO薄膜微观结构和性能的因素探讨
• 3.1 引言
• 3.2 不同的前驱物化学计量比对YBCO薄膜性能的影响
• 3.2.1 YBCO薄膜的微观结构分析
• 3.2.2 YBCO薄膜的表面形貌分析
• 3.2.3 YBCO薄膜的超导电性分析
• 3.3 不同的热处理工艺对YBCO薄膜性能的影响
• 3.3.1 不同的预处理温度对YBCO薄膜性能的影响
• 3.3.2 不同的终处理温度对YBCO薄膜性能的影响
• 3.4 膜厚对YBCO薄膜微观形貌的影响
• 3.4.1 YBCO厚膜的制备
• 3.4.2 薄膜微观形貌随厚度的变化
• 3.5 小结
• 4 3英寸YBCO薄膜的制备及其均匀性分析
• 4.1 引言
• 4.2 制备过程
• 4.3 结果分析与讨论
• 4.3.1 薄膜表面质量及粗糙度分析
• 4.3.2 薄膜生长取向和微观形貌分析
• 4.3.3 膜厚均匀性分析
• 4.3.4 薄膜超导性能均匀性分析
• 4.4 小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者在硕士期间撰写和发表的论文