学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

脉冲激光沉积制备YBCO薄膜：激光诱生大颗粒的消除以及c轴择优外延生长研究

作　者: 范俊
导　师: 佟富强
学　校: 苏州大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: YBCO薄膜 脉冲激光沉积 激光诱生大颗粒 网格掩模 c轴择优取向
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 41次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


目前,在超导器件应用方面,YBa2Cu3O7-δ(YBCO)薄膜是研究最多、也是最接近实用化的一种高温超导材料。有鉴于此,高质量的YBCO薄膜的制备技术和性能研究非常重要:一方面,可以用于基础物理和性能的研究,如超导机理和磁通钉扎等性能的探索;另一方面,可以制成各种功能独特的超导元器件,如约瑟夫逊结和隧道结以及微波器件等。然而,制备高质量的YBCO薄膜仍然面临一些技术挑战,特别是对于脉冲激光沉积技术(PLD)外延生长YBCO超导薄膜存在以下两个难题:一、PLD特有的诱生大颗粒难以消除,从而造成薄膜粗糙、超导性能下降等,特别是超导微纳器件中大颗粒的存在会严重降低其性能;二、YBCO薄膜在各类单晶基片上择优取向难以精确控制,也会影响薄膜的电流传输特性。针对这两个难题,我们开展了以下的研究工作。第一,消除PLD技术制备YBCO薄膜普遍存在的大颗粒现象。首先,通过大量的实验,总结出薄膜中大颗粒的产生规律。在此基础之上,我们发展了一种网格掩模技术,即在靶材和基片间插入一个合适的网格掩模,通过网格的尺寸和位置的调整,找到最佳的工艺参数,从而达到消除YBCO薄膜中从靶材溅射出来的大颗粒的现象。我们通过XRD、SEM、AFM等测量技术观察薄膜形貌。结果表明:该方法制备的YBCO薄膜与传统制备出来的薄膜的成相基本一致,其中网格有效地阻挡了从靶材中喷发的液滴(laser-induced particles)输运到基片上,因此,最终沉积的YBCO薄膜几乎观察不到大的颗粒,平整性也有很大的提高。第二,不同单晶基片上外延生长c轴择优YBCO薄膜的技术及机制。首先,采用PLD在三种不同单晶基片上(MgO、SrTiO3、Si)沉积YBCO薄膜,通过工艺的优化、过渡层YSZ(yttrium-stabilized zirconia)的使用(主要在Si基片上)在三种基片上成功地制备出c轴择优的YBCO薄膜。然后,通过XRD测量技术对薄膜样品的晶体取向、微结构进行详细的表征,并结合其超导性能的测量,阐明性能与微结构之间的内在联系,并利用晶格匹配理论和界面能理论解释了薄膜的外延生长机制。

全文目录


中文摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章 引言  10-20
  1.1 研究现状  10-12
  1.2 高温超导薄膜应用前景  12-13
  1.3 超导电性的基本特征  13-15
  1.4 晶体结构  15-16
  1.5 研究内容  16-17
  1.6 研究的意义  17-18
  参考文献  18-20
第二章 YBCO 薄膜表征与制备方法  20-30
  2.1 实验仪器简介  20-25
    2.1.1 脉冲激光沉积-PLD  20-21
    2.1.2 X 射线衍射-XRD  21-22
    2.1.3 扫描电子显微镜-SEM  22-23
    2.1.4 原子力显微镜-AFM  23-24
    2.1.5 台阶仪  24
    2.1.6 物性测量系统-PPMS  24-25
  2.2 PLD 薄膜制备方法  25-27
  2.3 其他几种制备方法  27-28
    2.3.1 金属有机化学气相沉积(MOCVD)  27
    2.3.2 多元共蒸发(Co－Evaporation)  27
    2.3.3 溅射(Sputtering)  27-28
  参考文献  28-30
第三章 通过网格掩模技术消除 YBCO 薄膜中的大颗粒现象  30-39
  3.1 简介  30-32
    3.1.1 颗粒形成的原因  30-31
    3.1.2 大颗粒消除的研究进展  31-32
  3.2 实验过程  32
  3.3 实验结果和讨论  32-38
  3.4 本章小结  38
  参考文献  38-39
第四章 不同单晶基片上外延生长 YBCO 薄膜的择优取向研究  39-58
  4.1 简介  39
  4.2 实验过程  39-41
    4.2.1 靶材的选择  39-40
    4.2.2 基片的清洗  40
    4.2.3 薄膜的制备  40-41
  4.3 实验结果与讨论  41-56
    4.3.1 YBCO 在氧化镁基片上生长  41-46
    4.3.2 YBCO 在钛酸锶基片上生长  46-51
    4.3.3 YBCO 在硅基片上生长  51-53
    4.3.4 三种基片生长情况的比较  53-56
  4.4 本章小结  56-57
  参考文献  57-58
第五章 总结  58-60
  5.1 本文讨论的主要内容  58
  5.2 存在的问题  58-60
攻读硕士期间公开发表的论文  60-61
致谢  61-62

相似论文

  1. 掺铁SnO2陶瓷与薄膜的制备研究,TQ174.6
  2. TC4合金表面脉冲激光沉积羟基磷灰石的组织和性能研究,TG146.23
  3. 无定形氧化硅的相分离和纳晶硅镶嵌二氧化硅的制备,TN304.1
  4. 硅基LiNbO_3压电薄膜多层结构的制备与表征,O484.1
  5. Bi系Co基氧化物热电陶瓷及薄膜的制备与性能研究,TQ174.1
  6. 钛酸锶钡铁电陶瓷的电性能研究及其薄膜制备,TB383.2
  7. 掺杂ZnO薄膜的生长及其储锂性能研究,O484.1
  8. 金刚石基LiNbO_3压电薄膜的制备与声表面波性能研究,O484.1
  9. 脉冲激光沉积法制备大面积Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)铁电薄膜的研究,TM221
  10. Fe与Cu掺杂ZnO薄膜的溶胶凝胶旋涂法制备工艺及性能研究,TB383.2
  11. Zn_(0.98)Co_(0.02)O/PbZr_(0.52)Ti_(0.48)O_3异质结的制备及其磁性能研究,TN304
  12. p型CuAlO_2多晶靶材及薄膜制备研究,TB383.2
  13. 铁掺杂氧化铟薄膜的制备及磁性和输运性质研究,TN304.055
  14. 氧化锌薄膜及其掺杂特性,TN304.21
  15. ZnO基稀磁半导体的X射线吸收谱学研究,O434.13
  16. 原位外延生长YBCO薄膜及取向控制,O484.1
  17. BCN薄膜的脉冲激光沉积与成分控制,TB383.2
  18. 脉冲激光沉积制备不同择优取向的AlN薄膜的研究,TN249
  19. 液相源金属有机物化学气相法制备YBCO高温超导薄膜,TM26
  20. ZnO薄膜及其光电器件的室温制备及性能研究,TN304.2

中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
© 2012 www.xueweilunwen.com