热处理工艺对MgB_2超导薄膜制备和表面形貌的影响

MgB_2作为一种独特而重要的高温超导材料(HTS),具备超导转变温度高,相干长度大,临界电流和临界磁场高等优势,具有在超导电子学领域大规模应用的潜力。基于MgB_2超导薄膜的超导器件的制备是该材料能否走向大规模应用的关键。在MgB_2超导薄膜的CVD法制备过程中,通过优化退火工艺的温度参数,使得MgB_2超导薄膜在单晶基片上的附着和稳定性增强。加入回火处理工艺,提高了薄膜表面的平整度,为MgB_2超导薄膜从材料走向器件创造了条件。     

硼膜制备工艺、微观结构及其在硼化镁超导约瑟夫森结中的应用

MgB_2材料具备临界转变温度较高、相干长度大、临界电流和临界磁场高等优点,被认为有替代Nb基超导材料的潜力.研究了不同温度下以化学气相沉积法制备的硼(B)薄膜的微观结构.实验结果表明:较低温度沉积的B先驱薄膜为无定形B膜,可以与Mg蒸气反应生成MgB_2超导薄膜;当沉积温度高于550?C时,所得硼薄膜为晶型薄膜;以晶型硼薄膜为先驱膜在镁蒸气中退火,不能生成硼化镁超导薄膜.利用晶型B膜的这一特点,成功制备了以晶型硼薄膜为介质层的硼化镁超导约瑟夫森结.     

Al_2O_3衬底MgB_2薄膜的超导特性随薄膜厚度的变化

近来超薄MgB_2薄膜被认为在研制新型超导电子器件方面具有比较重要的应用前景,对其超导特性的研究同时对理解低维度情形下的多带超导电性也有重要意义.在(0001)Al_2O_3衬底上,我们利用混合物理化学气相沉积方法生长了一系列厚度在50nm至10nm的MgB_2超导薄膜,测量了薄膜的电阻率—温度曲线及其在不同磁场下的超导转变,考察了薄膜的基本特性参数如超导转变温度T_c、剩余电阻比RRR及超导上临界磁场H_(c2)等随薄膜厚度d的变化.测量发现H_(c2)(T)随温度变化呈现出线性依赖关系,反映出MgB_2薄膜的两带超导特性.随着d的降低,发现薄膜的T_c及RRR值逐渐下降,0K时的H_(c2)(0)逐渐升高.进一步地,我们发现薄膜的T_c与H_(c2)(0)都随RRR值呈现出比较单调的变化:T_c随RRR值降低而降低,H_(c2)(0)随RRR值降低而升高,表明RRR值是影响薄膜超导特性的比较重要的变量.依照两带超导理论对此现象的分析表明,与薄膜的RRR值降低相伴随的可能是MgB_2薄膜内σ带电子和π带电子的带间散射率的增强.     

磁控溅射法结合异位退火制备MgB_2超导薄膜的研究

采用磁控溅射法,结合真空异位退火,成功制备MgB_2超导薄膜,探索了退火温度、退火时间、磁控溅射功率和溅射气压对MgB_2薄膜超导特性的影响。通过XRD、SEM和PPMS测量的结果来分析退火及溅射的工艺参数对MgB_2超导薄膜的晶体结构、表面形貌及超导性能的影响。研究表明,退火温度为670℃,退火时间为2h,MgB_2靶溅射功率控制在300W,Ar溅射气压保持为2Pa,MgB_2薄膜表现出最优的超导特性,其临界电流密度Jc为1.8×105A/cm2。     

MgB_2/B/MgB_2约瑟夫森结的制备与直流特性

本文采用MgB_2薄膜的混合物理化学气相沉积制备技术和金属掩膜版工艺,以B膜为势垒层在单晶Al_2O_3(0001)基底上制作了纵向三明治结构的MgB_2/B/MgB_2约瑟夫森结.应用标准四引线法对该超导结的R-T曲线和不同温度下的直流I-V曲线进行了测量研究.实验结果表明,制作的MgB_2/B/MgB_2约瑟夫森结超导开启温度为31.3 K,4.2 K时临界电流密度为0.52 A/cm~2,通过对直流特性I-V曲线的微分拟合,清晰地观测到MgB_2的3D带的能隙?π为2.13 meV.     

Al_2O_3衬底MgB_2薄膜的超导特性随薄膜厚度的变化

近来超薄MgB2薄膜被认为在研制新型超导电子器件方面具有比较重要的应用前景,对其超导特性的研究同时对理解低维度情形下的多带超导电性也有重要意义.在(0001)Al_2O_3衬底上,我们利用混合物理化学气相沉积方法生长了一系列厚度在50 nm至10 nm的MgB2超导薄膜,测量了薄膜的电阻率—温度曲线及其在不同磁场下的超导转变,考察了薄膜的基本特性参数如超导转变温度T_c、剩余电阻比RRR及超导上临界磁场H_(c2)等随薄膜厚度d的变化.测量发现H_(c2)(T)随温度变化呈现出线性依赖关系,反映出MgB_2薄膜的两带超导特性.随着d的降低,发现薄膜的T_c及RRR值逐渐下降,0 K时的H_(c2)(0)逐渐升高.进一步地,我们发现薄膜的T_c与H_(c2)(0)都随RRR值呈现出比较单调的变化:T_c随RRR值降低而降低,H_(c2)(0)随RRR值降低而升高,表明RRR值是影响薄膜超导特性的比较重要的变量.依照两带超导理论对此现象的分析表明,与薄膜的RRR值降低相伴随的可能是MgB_2薄膜内σ带电子和π带电子的带间散射率的增强.     

钛离子辐照对MgB2超导薄膜的载流能力和磁通钉扎能力的影响

利用混合物理化学气相沉积法(hybrid physical-chemical vapor deposition, HPCVD)可以制备出高性能的MgB₂超导薄膜, 再对薄膜进行钛(Ti)离子辐照处理.经过辐照处理后的样品被掺入了Ti元素, 与未处理的干净MgB₂样品相比,其超导转变温度没有出现大幅度的下降, 而在外加磁场下的临界电流密度得到了明显的提高,同时样品的上临界磁场也得到了提高. 在温度5 K, 外加垂直磁场为4 T的情况下, Ti离子辐照剂量为1× 10¹³/cm²的样品的临界电流密度达到了1.72× 10⁵ A/cm², 比干净的MgB₂要高出许多,而其超导转变温度仍能维持在39.9 K的较高水平.     

Al_2O_3(0001)基底MgB_2/B/MgB_2多层膜的制备及性质

本文介绍了应用混合物理化学气相沉积(HPCVD)制备MgB_2薄膜技术,以B膜作为势垒层在单晶Al_2O_3(0001)基底上制作了纵向三明治结构的MgB_2/B/MgB_2多层膜.采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)和标准四线法对获得的MgB_2/B/MgB_2多层膜断面结构、超导薄膜晶体结构及超导特性进行了测量研究.实验结果表明,制备的MgB_2/B/MgB_2多层膜结构清晰,底层和顶层超导薄膜显示出良好的超导特性.     

Ni掺杂对Mg-B体系反应过程及性能影响分析

以Ni掺杂MgB_2块体制备为研究对象,通过对含5%Ni的Mg-B样品进行不同加热速率分析发现,Mg-Ni在低温下形成的共晶液相有利于促进Mg-B在固相阶段的反应,从而降低试样的反应温度,避免镁的挥发;而在610℃附近出现的完全共晶液相更进一步促进了剩余物质间的反应,从而使MgB_2的合成迅速完成.通过将不同镍含量(0、2、5和7%)在750℃烧结实验发现,烧结试样的致密性随镍含量的增加而升高,这是Mg-Ni共晶液相辅助烧结的结果.而超导转变温度测试进一步证明MgNi2.5B2的存在对超导电性的影响很小,因此,金属镍是一种促进Mg-B反应十分有效的掺杂元素.     

制备温度对MgB-2薄膜超导电性的影响

报道了用两步法制备MgB2超导薄膜.首先利用脉冲激光沉积技术制备B膜,然后在Mg蒸气环境下对B膜进行后退火处理,通过扩散反应生成MgB2超导薄膜.采用扫描电子显微镜、x射线衍射、电阻测量和磁测量技术分析了前驱物B膜的制备温度对扩散产物MgB2薄膜的表面形貌、晶体结构、超导转变温度和临界电流密度的影响.结果表明,随着B膜制备温度的降低,MgB2薄膜中晶粒粒度减小、c取向的衍射线宽化、超导转变温度升高、临界电流密度增大.300℃时制备的MgB2超导薄膜的超导起始转变温度为395K,临界电流密度为13×107A 关键词： MgB2超导薄膜 脉冲激光沉积 基片温度     

TiB2掺杂MgB2超导线材临界电流密度和显微结构研究

以低碳钢管为包套材料,采用原位粉末套管法制备出5 mol%TiB2掺杂的MgB2超导线材.利用X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱分析和标准的直流四电极电阻法分别测试了线材的物相组成、显微结构、化学组成和临界电流密度(Jc).结果显示,TiB2掺杂能够提高MgB2线材的Jc,使其达到了9960 A/cm2(6K,4.5T)和1110 A/cm2(6K,7T),比未掺杂线材分别提高了14%和26%.TIB2掺杂引起的MgB2晶粒减小,晶界面积增加和晶粒连结性改善,是Jc提高的主要原因.在未掺杂MgB2线材中还发现了微裂纹、MgO晶须等不利于超导性能的特殊显微结构.     

掺杂物对MgB2超导电性能影响的研究进展

总结了不同掺杂物对MgB2超导电性能影响的研究现状,具体介绍了不同粒度、不同类型的掺杂物对MgB2超导电性的影响。目前的研究结果表明:所有掺杂都降低了MgB2的临界转变温度,而除Cu外的大部分掺杂物都可改善MgB2的不可逆磁场Hirr,提高其临界电流密度Jc;在所有掺杂物中,纳米级S iC掺杂对MgB2的超导电性能改进最大。基于目前的研究现状和结果,最后文中对MgB2超导材料的应用前景进行了展望。     

纳米粒子在不锈钢衬底MgB2超导膜中的作用

我们用混合物理化学气相沉积法(hybrid physical-chernical vapor deposition简称为HPCVD)以氩气为背景气体,在不锈钢衬底上于不同条件下制备了一批MgB2超导薄膜样品.用扫描电子显微镜获取了相关的SEM图像,并对膜的成分进行了能谱分析(EDX)的.当把不锈钢衬底MgB2超导薄膜弯曲不同角度之后,膜面上均出现了裂纹.裂纹的数量和宽度随弯曲的角度的增大而增加,但是膜始终紧紧地覆着在衬底上不脱落.因此我们可以说覆着在不锈钢衬底上的MgB2超导薄膜具有了很好的韧性.在膜中我们也发现有大量的数十纳米大小的晶粒.这个尺寸的纳米粒子的作用可以用来平衡MgB2膜内结构和表面晶粒的活性之间的相互作用.MgB2纳米粒子的存在是MgB2超导膜表现出韧性的关键角色.     

Mg/B多层膜退火法中不同制备条件对MgB2超导薄膜性质的影响

用Mg/B多层膜退火的方法制备了一系列MgB₂超导薄膜,研究了退火温度、退火时间和薄膜厚度对于MgB₂薄膜性质的影响.厚度为250 nm的Mg/B多层膜经400 ℃低温退火后已经生成超导相,此厚度薄膜750 ℃下退火20—30 min实现最佳超导转变温度（T_c）.前驱膜分层厚度相同时,随着薄膜厚度减小MgB₂薄膜T_c明显降低,而且较薄的膜T_{c关键词： 2}超导薄膜')" href="#">MgB₂超导薄膜 电子束蒸发 超导成相     

金属有机物化学气相法制备YBCO超导薄膜研究

运用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD),在LaAlO3(LAO)单晶上沉积YBa2Cu3O7-x(YBCO)超导薄膜。通过使用优化的进液装置,使金属有机源连续、稳定地输送至蒸发皿进行闪蒸。通过优化总气压、氧分压等生长条件,获得高质量的YBCO薄膜。在固定的温度条件下,调节反应总气压和氧分压,在总压为380Pa,氧分压为180Pa获得YBCO薄膜临界电流密度Jc=0.6MA/cm2。随着氧分压增大,YBCO薄膜产生a轴取向,(005)峰向左偏移,且薄膜中的Cu/Ba由1.0变化至1.63。在Cu/Ba=1.48时,YBCO薄膜结构与性能较优。     

在蓝宝石上生长CeO2 缓冲层的原位双温工艺法及Tl-2212薄膜的技术改进

报道了在蓝宝石衬底上制备CeO₂缓冲层的原位双温工艺法及其对Tl₂Ｂa₂CaCu₂Ｏ₈（Tl-2212）薄膜超导特性的影响．XPS和AFM测试结果表明,采用原位双温工艺法制备缓冲层,具有工艺简单,薄膜表面光滑,衬底材料原子扩散量少等特点．在先驱膜的高温后退火过程中,40 nm厚的CeO₂薄膜就能有效地阻挡衬底材料对超导薄膜底层的扩散．随后制备厚度为530 nm的Tl-2212 关键词： Tl-2212超导薄膜 蓝宝石 氧化铈缓冲层 原位双温工艺法     

Fabrication of YBCO／YSZ and YBCO／MgO thick films using electrophoretic deposition with top-seeded melt growth process

Superconducting thick films were grown on single crystals MgO and YSZ by electrophoretic deposition with Y_2BaCuO_5(Y211) addition. YBCO thick films were then accomplished by sintering the precursor films above the peritectic temperature. Single crystals of MgO (3×3×0.5 mm^3) were used as top-seed to control crystal structure of the thick films. As shown by scanning electron microscopy, the morphologies of YBCO/YSZ and YBCO/MgO thick films are spherulitic texture and platelet type. The critical temperature is ～89 K for the YBCO/YSZ thick film; the onset transition temperature is 86.4 K and the transition width is ～3 K for YBCO/MgO thick film. The critical current densities (as determined by Bean model) are, in A/cm^2, 3870 (77 K) for YBCO/YSZ thick films and 2399 (77 K) for YBCO/MgO thick films, which are comparable to the best J_c reported of the thick films prepared by the same method.     

YBCO/聚丙烯腈杂化膜及其超导性研究

报告了一种简单制备不依赖于基底结构的柔性YBCO/聚丙烯腈（PAN）厚膜的新方法.研究结果发现,PAN含量从0增加到10wt%的过程中,全部YBCO/PAN样品的超导临界温度T_c在900—920 K区间,表现出较好的超导电性.而且当PAN含量为10wt%时,YBCO/PAN杂化膜即具有一定柔性,膜厚约35 μm,临界电流密度Jc=29×10⁴Acm^-2(1 T, 10 K)和J< 关键词： 超导电性 YBCO 聚丙烯腈（PAN） 杂化膜     

Anisotropy of the upper critical field in c-axis oriented MgB2 thin films

C-axis oriented MgB_2 thin films were synthesized on single-crystal MgO (111) substrates using a chemical vapour deposition technique. The as-formed films revealed a sharp superconducting transition temperature of 38K with the transition width 0.2K. The temperature dependence of the upper critical magnetic field H_{c2}(T) in the films was determined via resistivity for magnetic field H parallel and perpendicular to the c axis of the films. Using the Werthamer－Helfand－Hohenberg formula, we obtained the anisotropy ratio of the upper critical field γ=1.2.     

BaCuO_2的添加对YBa_2Cu_3O_(7-δ)临界电流密度的影响

掺入BaCuO2杂相的YBa2Cu3O7-δ(YBCO)粉末样品采用固相反应方法制备获得。XRD的Rietveld精修显示BaCuO2杂相和YBCO并存。在YBCO+xBaCuO2(x=0,0.05,0.1,0.2,0.3)的一系列样品中,当x=0.05时,样品的临界电流密度最大。在磁场中,微量BaCuO2杂相的添加,使YBCO的临界电流(Jc)提高了,但超导转变温度(Tc)稍微有所下降。临界电流密度的这些特征行为来自于两方面的共同作用,一方面是超导性的变化,另一方面纳米尺寸范围内的空间分布的非均匀性。