高温超导涂层导体中双轴织构缓冲层的制备和研究

发布时间：2017-12-10 08:18

  本文关键词：高温超导涂层导体中双轴织构缓冲层的制备和研究

  更多相关文章： 涂层导体 双轴织构 氧化镁 磁控溅射 反溅射

【摘要】：高温超导涂层导体在电力能源等诸多领域具有广泛的应用前景,双轴织构缓冲层的制备是涂层导体的核心工艺之一,高质量、低成本的双轴织构缓冲层制备技术对于涂层导体的产业化和实际应用都具有重要意义。目前,使用离子束辅助沉积(IBAD)技术制备的氧化镁(MgO)缓冲层已经被国内外主要的涂层导体生产商所采用。但是由于大型离子源非常昂贵,IBAD系统的设备成本在涂层导体成本中占较高比例,是限制涂层导体产业化进程的一个重要因素。本论文中主要使用了磁控溅射这一常见而且设备成本较低的镀膜技术,利用反溅射效应,尝试制备具有双轴织构的MgO缓冲层,此外也开展了IBAD-MgO缓冲层的制备工作。本论文中,首先对磁控溅射过程中的反溅射现象进行了系统的研究分析。在磁控溅射沉积氧化物薄膜的过程中,薄膜会受到主要由O-负离子和O原子组成的高能量粒子的轰击,这一现象被称为反溅射效应。本研究中通过台阶仪测量MgO薄膜厚度的空间分布,确定了反溅射现象存在的区域,并基于高能量粒子束流密度服从高斯型分布的假设,根据膜厚分布估算了高能量粒子束的发散角度。然后,采用了晶振片膜厚仪原位测量和台阶仪离位测量两种方法,测量了MgO薄膜沉积速率随溅射气压变化的规律,由此分析了反溅射现象存在的条件及其对沉积速率的影响。并通过在(001)YSZ单晶基底上外延生长MgO薄膜,初步研究了反溅射效应对MgO薄膜生长的影响。通过上述研究,可以确定造成反溅射效应的高能量粒子束流所具有的粒子能量和准直性,与IBAD系统中的辅助离子束非常接近。基于这一发现,本论文中提出了可以利用高能量粒子束流制备双轴织构MgO薄膜的方法,该方法不需要使用离子源,因此将其命名为能量粒子自辅助沉积(EPSAD)方法。接下来,本研究中利用EPSAD方法制备了一系列的MgO薄膜样品,利用X射线衍射(XRD)技术对这些样品的双轴织构进行表征,研究了膜厚、磁控靶倾斜角度、靶基距等参数对MgO薄膜织构的影响规律。根据实验现象分析,通过与IBAD技术和倾斜衬底沉积(ISD)技术的对比,探讨了EPSAD-MgO过程中双轴织构形成的机理。本论文中也开展了IBAD-MgO技术的研究工作,首先对本实验室原本用于IBAD-YSZ制备的IBAD系统进行改装,调试得到了适于IBAD-MgO缓冲层沉积的参数窗口,并制备出了具有良好双轴织构的MgO薄膜。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O484.1

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本文编号：1273768