超导Nb膜表面的俄歇电子能谱

本文将报导在超高真空系统中,用电子束蒸发制备Nb膜的实验技术,Nb膜的物理性能,以及在不同状态下Nb膜表面的俄歇电子能谱,为改进Joscphson隧道结的制结工艺提供了实验依据。     

在室温底板上制备的Mo-Re合金及Re薄膜的超导性质

本文报道在无油超高真空系统中在室温底板上用电子束蒸发Mo-Re合金膜及Re膜的性能。所得到的Mo-Re合金薄膜的T_c,最高为9.97K。转变宽度最小为0.1K。所得到的Re膜的T_c最高为7.29K,其转变宽度为0.26K。本章讨论了制备条件对超导性能的影响。     

氮化铌表面氧化物的XPS研究

本文用X射线光电子能谱(XPS)对室温下自然氧化和射频氧化的氮化铌薄膜表面进行了成分分析。指出:与在类似条件下纯铌膜的氧化不同,NbN膜的表面氧化物中不存在NbO和NbO₂,而是以Nb₂O₃作为从NbN到Nb₂O_5-y的过渡相。氮化铌在氧化过程中表现出一种抑制Nb₂O,NbO等低价传导性氧化物生成的能力,这对于用氧化物作势垒的超导隧道结的研制具有实际参考价值。 关键词：     

Nb/AlOx-Al/Nb超导隧道结制备氧化工艺与特性研究

提出一种氧的等离子氧化的方法改善结区边缘绝缘性能,降低超导隧道结的漏电流。对Al膜进行等离子氧化能够有效的改善氧化膜的绝缘性能,AES分析表明:氧化绝缘层均匀,界面清晰;应用此方法成功制备出较好性能的Nb隧道结。     

利用电子束蒸发制备铝隧道结工艺研究

采用电子束蒸发的方法在Si片上制备超导铝(Al)薄膜。利用X射线衍射和直流四电极电阻法分别测试了厚度从100埃到5000埃的Al薄膜物向组成,超导转变温度(Tc)和临界电流密度(Jc)。当Al薄膜厚度大于500埃时,超导转变温度Tc=1.2K。电子束蒸发制备的Al薄膜性能良好,具有较高的结晶质量,为制备Al超导隧道结奠定了良好基础。对小面积的Al超导隧道结工艺进行了研究,该超导隧道结两层的超导体材料为Al薄膜,中间势垒层材料为Al2O3。其中Al薄膜利用电子束蒸发制备,势垒层通过直接氧化Al薄膜表面实现,该工艺和采用直接蒸发氧化物薄膜工艺相比不仅简单而且能有效防止势垒层不连续造成的弱连接。     

YBa_2Cu_3O_7外延薄膜可重复的电子隧道谱

我们用YBa_2Cu_3O_7(YBCO)外延薄膜和蒸发的 Pb 膜制备了隧道结.这些隧道结具有很好的和可重复的特性.在高于块状 YBCO_t 临界温度以上,结的电导 G_n(V,T)与电压 V 和温度 T 有关.在150K,电导曲线可用下列公式来拟合:G_n(V,T)=G_n(0,T)+(V/10mv)^(1.65).低于90K 时,可以看到与 YBCO 的高 T_c 超导电性相伴随的结构;低于 Pb 的 T_c 时,还可以看到 Pb 的能隙以及声子所感应的结构.这些结构在所有的隧道结上是重复的,并且在40多天的时间内可重复测量许多次.由漏电电流很小(小于1%)以及 G(O,T)曲线在90K 处斜率突然变化,我们确信这些结构是 YBCO 的本征性质.我们估计出 YBCO 的能隙参数△=19meV,由此得出2△/kT_c=5.0在1.2K;零偏压电导 G(0,1.2K)是有限值,近于40%G(100mV,1.2K).这说明,在 YBCO 的超导态,Fermi 能级处是有状态的.     

Pb-In合金超导隧道结的制作工艺和热循环稳定性的研究

研究了不同条件下制作的Pb-In合金膜的热循环稳定性,以及用不同氧化方法制作的Pb-In合金隧道结的热循环稳定性。用直流辉光放电氧化制作的隧道结可以在室温下保存几个月和经受6—7次室温与4.2K之间的热循环,结的特性没有显著变化。     

高频溅射法制备Bi—Sr—Ca—Cu—O超导薄膜

以单晶 YSZ、YAG 为衬底,用高频溅射法制备了 Bi-Sr-Ca-Cu-O 超导薄膜,膜厚为0.5—1μm,其中两个样品的超导性能为 T_c(onset)=92K,T_c(mid)=78K,T_(ce)=42K 和T_c(onset)=95K,T_c(mid)=78K,T_(ce)=36.5K,经分析,后者的组成近似地为Bi_2Sr_2Ca_1Cu_2O_x.对靶组分、溅射和热处理条件与生成的膜成分、物相、形貌以及超导电性的关系做了讨论.     

Nb/Al-AlO_x/Nb隧道结制备中压控电压源阳极氧化工艺研究

采用计算机程控的压控电压源阳极氧化模式研究制备出自对准Nb/Al-AlOx/Nb隧道结的绝缘层Nb2O5/Al2O3/Nb2O5。研究了氧化电压、氧化层的厚度和氧化时间的关系。当阳极氧化电压变化率低于8V/min时,阳极氧化层的厚度基本取决于氧化电压的大小,而与氧化电压变化率无关。我们已采用电压源阳极氧化技术成功制备出超导Nb/Al-AlOx/Nb隧道结。     

钒膜的制备及其超导转变温度

在1×10~(-5)托普通高真空系统中用电子枪蒸发源在150℃以上的微晶玻璃和熔融石英底板上淀积得到了钒膜。俄歇谱分析表明钒膜含有较多量的氧和碳,在钒膜内部氧峰远远低于表面。对钒膜的超导转变温度作了测量,Tc的最高值为4.35K。超导转变温度Tc正比于薄膜电阻比(ρ_(300)—ρ_r)/ρ_(300)。本文强调指出:欲制取Tc高于4K的钒膜有两个重要的因素,即使蒸发淀积时真空度仅为1×10~(-5)托,一是保持较高的底板温度,二是在薄膜淀积前作多次预蒸发,以降低真空室中剩余气体氧的分压。     

Nb/Al-AlO_x/Nb超导隧道结的制备

在高阻硅衬底上采用光刻、直流磁控溅射、反应离子刻蚀(RIE)、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)等方法研究制备了高质量的Nb/Al-Al Ox/Nb超导隧道结。在4.2K下,测量了直径8μm的圆形结样品,得到临界电流密度约为1.6k A/cm2,漏电流约为50μA。制结工艺流程的重复性较好。     

13MeV质子对Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O超导薄膜的低温辐照效应

用不同通量的13 MeV 质子束照射了 Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O 超导薄膜,引起了电阻率ρ、T_c、T_(offset)(超导电阻完全转变的温度)和转变宽度△T_c 的明显变化.在照射通量≤2.8 ×10~(15)H~+/cm~2下,T_c 和 △T_c 没有变化,而ρ随通量的增加而超线性地增加,在通量为1.3×10~(17)H~+/cm~2时,T_(offset)和 △T_c 发生急剧的变化,这意味着超导晶粒间的相耦合被完全破坏了.被最大照射通量2.5×10~(17)H+/cm~2照射过的薄膜经室温退火后,T_(offset)和△T_c,几乎完全恢复了,但ρ仍然没有变化.     

膜厚对直流磁控溅射Nb薄膜微结构的影响

 采用直流磁控溅射方法制备膜厚为50, 100, 200, 400, 600 nm的Nb薄膜,对薄膜的沉积速率、表面形貌、晶体结构进行了研究,并对其应力和择优取向进行了详细的分析。原子力显微镜图像显示Nb膜表面光滑、致密,均方根粗糙度达到0.1 nm量级。X射线小角衍射给出了薄膜的晶格结构、晶粒尺寸和应力情况。分析表明薄膜为多晶体心立方结构(bcc),在(110)晶面方向存在明显的择优取向,且随着薄膜厚度增大而增强。Nb膜应力先随薄膜厚度增大而增大,在200 nm时达到最大值(为1.015 1 GPa),后随薄膜厚度的增大有所减小。     

添加元素Ti对多芯Nb／Cu挤压管法Nb3Sn超导性能的影响

采用多芯 Nb/Cu 挤压管法制备的多芯 Nb_3Sn 超导复合线,研究了添加元素 Ti 对 Nb_3Sn反应层生长动力学及超导性能的影响.添加元素 Ti 明显提高了 Nb_3Sn 反应层生长速率.T_c值提高0.3K,H_c_2(O)提高到大约29T.在4.2K、15T 和20T 脉冲背景场下(脉冲上升时间t=10ms),J_c(Nb_3Sn)值分别达4.4×10~4A/cm~2和3.3 ×10~4A/cm~2.     

反应磁控溅射制备TiO2和Nb2O5混合光学薄膜

利用反应磁控溅射技术在BK-7基片上制备了二氧化钛和五氧化二铌均匀混合的光学薄膜.薄膜的内部微结构、表面形貌、化学成分比例以及光学性质等用X射线衍射、高分辨扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱和紫外可见近红外分光光度计进行研究;发现制备的薄膜为非晶结构,薄膜的表面平整、内部结构致密,不存在柱状结构或结晶颗粒的缺陷,TiO2与Nb2O5的成分比例大致是1∶1.54.从光学透射光谱计算的折射率和消光系数显示,在550 nm波长处的折射率为2.34,消光系数为2.0×10－4.结果表明制备的薄膜是TiO2和Nb2O5均匀混合的高质量光学薄膜.     

Si表面离子束辅助沉积Ti纳米膜的研究

用离子束技术探讨了Si表面纳米Ti薄膜制备的可行性以及Ti薄膜组织结构与离子束工艺之间的关系。实验进行试样表面预处理、轰击离子能量、离子密度、温度、沉积时间等离子束工艺参数对单晶Si(111)表面沉积的Ti薄膜结构的影响。采用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)分析了Ti膜表面晶粒形貌，并用X射线衍射仪(XRD)和俄歇电子谱仪(AES)分析了Ti膜的结构和成分。由于残余气体的影响，Ti膜发生了不同程度的氧化，随温度升高和轰击离子强度增加氧化愈加明显。     

用于电压基准的Nb/NbxSi1-x/Nb约瑟夫森单结的研制

现代可编程约瑟夫森电压基准的核心器件是约瑟夫森结阵.目前最具有优势的约瑟夫森结阵是 Nb/Nb_xSi_1-x/Nb材料的结阵. Nb/Nb_xSi_1-x/Nb材料的约瑟夫森结 具有三层薄膜的制作过程简便, Nb和Nb_xSi_1-x刻蚀工艺相同以及Nb_xSi_1-x 势垒层成分可调等优点.中国计量科学研究院设计制作了Nb/Nb_xSi_1-x/Nb约瑟夫森单结. 通过在4.2 K低温下对所做单结进行直流电流-电压特性测量,观测到了清晰的超导隧穿电流和 从零电压态向电压态的跳变,最后就测量结果进行了分析讨论.此项工作属于国内首个开展 Nb/Nb_xSi_1-x/Nb材料约瑟夫森单结研究的工作.     

反应溅射的硫化镉薄膜

用反应溅射法在升华了的硫和氩的混合气氛中,制成了与化学组分比接近的Cd5(硫化镉)薄膜。其特性十分依赖于溅射条件,即溅射速度、升华温度和氩气压等。在温度为125℃的硫气氛中溅射的CdS薄膜,暗电阻率为2×10~(10)欧·厘米。把CdTe(碲化镉)蒸发在CdS溅射膜上,制成了CdS-CdTe异质结,并观察了这些结的整流特性和可见光范围内的光谱响应。     

应变增强Nb掺杂SrTiO3薄膜热电性能

高性能热电材料的发展有望帮助解决未来能源危机,且随着可穿戴器件的发展与应用,热电材料和器件除了要具备更高的热-电转化性能以外,还必须具有良好的柔性.将热电材料制成薄膜既可以为微型器件供电,也有潜力应用于柔性器件.本文使用脉冲激光沉积方法,在商用SrTiO₃ (STO)和La_0.3Sr_0.7Al_0.65Ta_0.35O₃ (LSAT)衬底上制备得到了不同厚度的高质量铌掺杂钛酸锶薄膜(Nb:STO),并对薄膜的表面形貌、结构以及热电性能进行表征与测试.结果显示,使用LSAT作为衬底可以对薄膜施加面内压应变,随着薄膜厚度的增大,应变逐渐释放并接近于块体Nb:STO.随着厚度的增大,薄膜的热电性能逐渐提升,在STO衬底上生长的208 nm厚样品的室温功率因子相比于52 nm样品提升了187%.此外, 144 nm厚度的Nb:STO/LSAT薄膜室温塞贝克系数达到了265.95 μV/K,这是由于衬底应变导致薄膜样品的能带变化.本工作表明通过应变工程调控铌掺杂钛酸锶薄...     

Pb-In-Au合金薄膜隧道结的制作

本文报导了用国产普通真空镀膜机制作Pb—In—Au合金薄膜隧道结的三种比较简单的工艺.这种Pb合金隧道结能经受4—5次室温和4.2K之间的热循环,在室温下贮放40—100天,结的直流I-V特性没有明显变化,有的样品可以经受15次热循环.文中还分析和讨论了制作Pb-In-Au合金隧道结需要注意的几个问题.