脈沖激光沉積制備MgB-,2-薄膜的研究.pdf

1、自2001年秋光純教授發(fā)現(xiàn)MgB2的超導(dǎo)性之后,超導(dǎo)科學(xué)邁入了一個(gè)嶄新的時(shí)代。MgB2材料廉價(jià),分布廣泛,不存在弱連接,具有39K臨界轉(zhuǎn)變溫度,可以利用制冷技術(shù)達(dá)到,而不必使用昂貴的液氦,是制作約瑟夫森器件的良好材料。而制備高質(zhì)量MgB2薄膜,是成功制備超導(dǎo)結(jié)的前提條件。在過去的幾年中人們已經(jīng)發(fā)展了多種MgB2薄膜的制備方法,脈沖激光沉積(Pulse LaserDeposition,PLD)因其污染小,加熱區(qū)域集中等優(yōu)點(diǎn),備受各國學(xué)者青

2、睞。 本論文采用傳統(tǒng)無壓燒結(jié)方法和放電等離子燒結(jié)(SPS)方法分別制備了單質(zhì)硼(B)靶和MgB2靶材,比較了兩種燒結(jié)方法對靶材性能的影響。采用脈沖激光沉積技術(shù)(PLD),利用非原位和原位兩種方法分別制備獲得了MgB2薄膜,通過光電子能譜(XPS)分析了前驅(qū)硼膜的純度；采用X射線衍射表征了所制備的靶材和薄膜的相成份；利用掃描電鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)分別分析了薄膜表面形貌和表面粗糙度；通過表面輪廓儀測量了所制備的薄膜厚

3、度；使用標(biāo)準(zhǔn)四引線法測量了薄膜的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度,通過優(yōu)化工藝,最終獲得了MgB2超導(dǎo)薄膜,并取得如下結(jié)果： 首先在單晶Al2O3基底上采用非原位方法沉積了平整的前驅(qū)硼膜,在優(yōu)化的沉積工藝條件下所獲的薄膜厚度為200 nm,其表面粗糙度為16.97nm。通過XPS分析薄膜中沒有氧化硼,純度較高。隨后將所得的硼膜封存于具有鎂塊的真空石英管中,在700℃升溫至950℃保溫1小時(shí)獲得了Tc為33.5K的MgB2薄膜。研究發(fā)現(xiàn)封管氣氛對薄膜

4、質(zhì)量影響較小,且MgB2晶粒隨著退火溫度的升高和保溫時(shí)間的延長而增大。原子力顯微分析表明晶粒呈島狀分布,連通性不好,這是超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫區(qū)較寬的原因。另外采用非原位方法在金屬Nb基底上制備了前驅(qū)B膜,并真空封管后退火也合成了MgB2相。經(jīng)X射線衍射分析所得的薄膜為無擇優(yōu)取向的多晶,且粗糙度大于在單晶基底上非原位制備獲得的MgB2薄膜。 采用PLD方法在單晶基底上原位制備了MgB2薄膜。為了減少薄膜中MgO的含量,優(yōu)化后確定的原位雙靶制

5、備MgB2薄膜的氣壓為18Pa。通過SEM觀察薄膜的表面較平整,晶粒細(xì)小均勻。最后將所得的原位法和非原位法制備的MgB2薄膜進(jìn)行對比,通過原子力分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)原位沉積退火所獲得的薄膜表面平整度較非原位法制備的薄膜高,而相比之下,本試驗(yàn)中采用非原位法更容易獲得具有超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的MgB2薄膜。總之研究表明,非原位方法是目前條件下易于制備MgB2薄膜的方法,在優(yōu)化工藝后本研究用此方法獲得了Tc轉(zhuǎn)變?yōu)?3.5K的薄膜。下一步應(yīng)當(dāng)在提高初始超導(dǎo)轉(zhuǎn)