YBCO双面超导薄膜的MOCVD研究
发布时间：2021-03-09 21:59
YBa2Cu3O7-δ（YBCO）双面高温超导薄膜在微波器件领域具有重要应用价值,但目前的制备方法均难以同时满足以下制备要求:1)成本低;2)效率高;3)两面一致性和面内均匀性好。这导致了 YBCO双面薄膜价格高昂且供应短缺,阻碍了低损耗、高灵敏度超导器件的研究进展。因此,实现低成本、高效率地制备高质量的YBCO双面薄膜具有重要意义。鉴于此,本论文设计搭建了一套金属有机化学气相沉积（MOCVD）系统来研究YBCO双面薄膜的制备。主要研究内容包括:1、设计了 MOCVD系统并研究两英寸YBCO双面薄膜的制备。首先,设计了一套沉积装置,其由行星式基片转盘和U型喷淋头组成,实现了多片薄膜的双面同时制备,显著提高了制备效率。然后,优化U型喷淋头内部气流分布,使得YBCO双面薄膜的两面一致性得到改善。测试表明,利用该系统制备的两英寸双面薄膜具有良好的面内均匀性和两面一致性,Jc达2.2-2.4MA/cm2（77 K,0T）,Rs为0.323 mΩ（77 K,10 GHz）。最后,对制备成本和效率进行了计算,该方法制备两英寸YBCO双面薄膜（500nm）的效率高达16分钟每片,原料成本（不含基片）...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２约瑟夫森结示意图??处于超导态时，超导材料不仅具有零电阻特性，还具有迈斯纳效应和约瑟夫森??效应
?第一章绪论???性，大大的降低了制冷成本，为超导技术的应用发展奠定了良好基矗２００１年，??人们发现了?ＭｇＢ２超导材料２００８年，铁基超导材料被发现％＿１９１。尽管这两种??材料的都低于７７Ｋ，不能应用在液氮温区下，但也为超导材料的探索和发现拓??宽了思路。图１－３展示了超导材料的发展历程图。国内外的研究人员们一直在对超??导材料进行着全面的研宄，从超导机理到制备再到应用，盼望着能取得重大的突破，??使得超导材料能正真地实现大规模的商业化应用，造福于人类。??１６０?－?Ｔ?ＨｇＢａＣ＾ＣｉｉＯ￣?—??Ａ－Ｊｉｕｉｄｅｒ?ｂｉｅｌｉ?ｐｒｅｓｓｕｉ＇ｅ??１５０?—?一??１４０?－?—??ＯＨｇＢａＣａＣｕＯ??＾?１５０?＾Ｊ?－??ｗ?谓?＿?ＴｌＢａＣａＣｕＯ?一??『１１０?－?ｏＢｉＳｒＣａＣｕＯ?－??ｓ?１００?—?——??ｔ?卯—?ＹＢａＧｕＯ?￣??ｆ?ＳＯ?－Ｉ?＾?Ｉ?－??Ｓ?７７．３?＂?Ｃｉｔｐｒａｔｅ?＂?￣?■??＾?７０?－?Ｆｅ－ＰｉｉｉｃＴｉｄｅｓ?￣??霍?６０?￣￣１?Ｓｒｏ．ｉ（Ｎｄ）ＦｅＡｓ０１－ｘ?？－??？?－?今??０?＿?．?ｐ－ｆ?也?ＭｇＢ，?—??４〇?＿???ＬａＢａＣｕＯ?．．．－?＿??＇?ｉＭｅｆｉｌｌ?ｒｓ〇ｖ／Ｓ６?ＢＫＢＱ－ｆｅ?ｊ?ｐｌａＦｅＡｓＯＦ?＾??３０?一?Ｎｂ３Ｇｅ?＾?Ｔ?ｊ?ＲｂＣ５２Ｃ６Ｑ?一??２〇?—??１?－?＿??１０?－Ｐｂ＾Ｖ３Ｓｉ?ＬａＦｅＰＯ＾?＂??４万－．Ｋ７?，ｖｒ
变化??而变化。当５＝１时，ＹＢＣＯ晶体结构呈四方相，不具备超导特性；当８＜０．６时，??ＹＢＣ？开始由四方相向正交相发生转变，超导性能也开始出现；当Ｓ＝０．１左右时，??ＹＢＣ？呈理想的正交晶相，其晶格的ａ、ｂ、ｃ轴长度依次为３．８２２７?Ａ、３．８８７２?Ａ和??ＩＩ．６８０２?Ａ，如图?１－４?所示。??ＹＢａ２Ｃｕ３０７＾?ｐ＼?ｐ??Ｃｕ２＇?Ｃｕ３＊?，彳?，貞鲁??雜沪＋????１１．６８０２?Ａ??＾?０?３．８Ｓ７２?Ａ??＾?＾?３．Ｓ２２７?Ａ??图１－４理想的ＹＢＣＯ晶体结构［２１］??理想的ＹＢＣＯ晶体结构相当于三个钙钛矿晶体结构沿着ｃ轴方向堆叠而成，??其上下层钙钛矿晶体结构以Ｂａ为中心原子，中间一层以Ｙ为中心原子。??实验表明，ＹＢＣＯ超导薄膜主要依靠Ｃｕ－０面进行电流传输，在液氮温度下，??ａ－ｂ面的临界电流密度比另外两个面高１至２个数量级。为了发挥ＹＢＣＯ的超导性??能，这就需要薄膜沿ｃ轴取向生长，同时抑制沿ａ、ｂ轴方向的生长。图１－５展示??了不同方向生长的ＹＢＣＯ晶格。此外，沿ｃ轴生长的ＹＢＣＯ晶格之间的弱连接也??会导致薄膜的超导性能不佳。因此，ＹＢＣＯ晶格不仅要ｃ轴生长，还必须整齐地排??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]超导输电技术发展现状与趋势[J]. 肖立业,林良真. 电工技术学报. 2015(07)
[2]超导电性研究概况[J]. 杨乾声. 物理教学. 2012(11)
[3]YBCO材料的发展及其应用[J]. 王醒东,徐华,项飞,张立永,刘勇. 江苏陶瓷. 2012(04)
[4]YBCO超导带材研究进展[J]. 陶伯万,熊杰,刘兴钊,李言荣. 中国材料进展. 2009(04)
[5]大面积双面高温超导薄膜研究进展[J]. 陶伯万,熊杰,李言荣. 真空电子技术. 2009(01)
博士论文
[1]YBCO带材超导层的MOCVD研究[D]. 张飞.电子科技大学 2015
[2]组份比例及衬底材料影响YBCO外延膜的光辅助MOCVD法生长特性研究[D]. 李善文.吉林大学 2012
本文编号：3073547
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２约瑟夫森结示意图??处于超导态时，超导材料不仅具有零电阻特性，还具有迈斯纳效应和约瑟夫森??效应
?第一章绪论???性，大大的降低了制冷成本，为超导技术的应用发展奠定了良好基矗２００１年，??人们发现了?ＭｇＢ２超导材料２００８年，铁基超导材料被发现％＿１９１。尽管这两种??材料的都低于７７Ｋ，不能应用在液氮温区下，但也为超导材料的探索和发现拓??宽了思路。图１－３展示了超导材料的发展历程图。国内外的研究人员们一直在对超??导材料进行着全面的研宄，从超导机理到制备再到应用，盼望着能取得重大的突破，??使得超导材料能正真地实现大规模的商业化应用，造福于人类。??１６０?－?Ｔ?ＨｇＢａＣ＾ＣｉｉＯ￣?—??Ａ－Ｊｉｕｉｄｅｒ?ｂｉｅｌｉ?ｐｒｅｓｓｕｉ＇ｅ??１５０?—?一??１４０?－?—??ＯＨｇＢａＣａＣｕＯ??＾?１５０?＾Ｊ?－??ｗ?谓?＿?ＴｌＢａＣａＣｕＯ?一??『１１０?－?ｏＢｉＳｒＣａＣｕＯ?－??ｓ?１００?—?——??ｔ?卯—?ＹＢａＧｕＯ?￣??ｆ?ＳＯ?－Ｉ?＾?Ｉ?－??Ｓ?７７．３?＂?Ｃｉｔｐｒａｔｅ?＂?￣?■??＾?７０?－?Ｆｅ－ＰｉｉｉｃＴｉｄｅｓ?￣??霍?６０?￣￣１?Ｓｒｏ．ｉ（Ｎｄ）ＦｅＡｓ０１－ｘ?？－??？?－?今??０?＿?．?ｐ－ｆ?也?ＭｇＢ，?—??４〇?＿???ＬａＢａＣｕＯ?．．．－?＿??＇?ｉＭｅｆｉｌｌ?ｒｓ〇ｖ／Ｓ６?ＢＫＢＱ－ｆｅ?ｊ?ｐｌａＦｅＡｓＯＦ?＾??３０?一?Ｎｂ３Ｇｅ?＾?Ｔ?ｊ?ＲｂＣ５２Ｃ６Ｑ?一??２〇?—??１?－?＿??１０?－Ｐｂ＾Ｖ３Ｓｉ?ＬａＦｅＰＯ＾?＂??４万－．Ｋ７?，ｖｒ
变化??而变化。当５＝１时，ＹＢＣＯ晶体结构呈四方相，不具备超导特性；当８＜０．６时，??ＹＢＣ？开始由四方相向正交相发生转变，超导性能也开始出现；当Ｓ＝０．１左右时，??ＹＢＣ？呈理想的正交晶相，其晶格的ａ、ｂ、ｃ轴长度依次为３．８２２７?Ａ、３．８８７２?Ａ和??ＩＩ．６８０２?Ａ，如图?１－４?所示。??ＹＢａ２Ｃｕ３０７＾?ｐ＼?ｐ??Ｃｕ２＇?Ｃｕ３＊?，彳?，貞鲁??雜沪＋????１１．６８０２?Ａ??＾?０?３．８Ｓ７２?Ａ??＾?＾?３．Ｓ２２７?Ａ??图１－４理想的ＹＢＣＯ晶体结构［２１］??理想的ＹＢＣＯ晶体结构相当于三个钙钛矿晶体结构沿着ｃ轴方向堆叠而成，??其上下层钙钛矿晶体结构以Ｂａ为中心原子，中间一层以Ｙ为中心原子。??实验表明，ＹＢＣＯ超导薄膜主要依靠Ｃｕ－０面进行电流传输，在液氮温度下，??ａ－ｂ面的临界电流密度比另外两个面高１至２个数量级。为了发挥ＹＢＣＯ的超导性??能，这就需要薄膜沿ｃ轴取向生长，同时抑制沿ａ、ｂ轴方向的生长。图１－５展示??了不同方向生长的ＹＢＣＯ晶格。此外，沿ｃ轴生长的ＹＢＣＯ晶格之间的弱连接也??会导致薄膜的超导性能不佳。因此，ＹＢＣＯ晶格不仅要ｃ轴生长，还必须整齐地排??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]超导输电技术发展现状与趋势[J]. 肖立业,林良真. 电工技术学报. 2015(07)
[2]超导电性研究概况[J]. 杨乾声. 物理教学. 2012(11)
[3]YBCO材料的发展及其应用[J]. 王醒东,徐华,项飞,张立永,刘勇. 江苏陶瓷. 2012(04)
[4]YBCO超导带材研究进展[J]. 陶伯万,熊杰,刘兴钊,李言荣. 中国材料进展. 2009(04)
[5]大面积双面高温超导薄膜研究进展[J]. 陶伯万,熊杰,李言荣. 真空电子技术. 2009(01)
博士论文
[1]YBCO带材超导层的MOCVD研究[D]. 张飞.电子科技大学 2015
[2]组份比例及衬底材料影响YBCO外延膜的光辅助MOCVD法生长特性研究[D]. 李善文.吉林大学 2012
本文编号：3073547
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