基于LSAT衬底YBa2Cu3O7-δ台阶结的射频高温超导量子干涉器的制备和表征

基于 YBa2Cu3 O7 -δ (YBCO) 台阶边沿型约瑟夫森结( 台阶结) 的高温超导量子干涉器(Superconducting Quantum Interference Device, 简称 SQUID) 在微弱磁场测量等领域具有重要应用价值. 制 备 YBCO 台 阶 结 及SQUID 的常用单晶衬底包括 LaAlO3 (LAO) 、SrTiO3 (STO) 及 MgO 等. (La0 .3 ,Sr0 .7 ) (Al0 .65 ,Ta0 .35 )O3 (LSAT) 没有孪晶现象、 与 YBCO 的晶格失配度很小(仅为0.4% ) , 有潜力成为制备 YBCO 台阶结及相应的高温超导 SQUID器件的新的衬底选择. 本文首次探索研究了 LSAT 衬底上 YBCO 台阶结型射频超导量子干涉器(rf SQUID) 的制备和表征. 采用氩离子束刻蚀技术在 LSAT(100) 衬底上制备角度约为46°的台阶, 利用脉冲激光沉积法在衬底上生长 YBCO 超导薄膜, 然后利用传统紫外光刻技术制备出高温超导rf SQUID 器件. 在温度为77 K 时, 器件测试观察到幅度较大的电压-磁通特性曲线, 且在部分器件的特性曲线中观察到接近方波的非传统波形, 表明器件工作于噪声较低的色散模式下. 频率1 kHz 时器件的磁通噪声约为20 μΦ0/Hz1/2 , 与文献中报道的 LAO、STO 衬底上台阶结型SQUID 器件的典型结果相当. 本工作展示了利用 LSAT 衬底制备低噪声台阶结型rf SQUID 器件的可行性, 并为进一步研制该衬底上更高性能的高温超导SQUID 器件奠定了基础     

YBCO/MgO衬底台阶结的制备及其高频特性

我们利用光刻胶作为掩膜,在ＭｇＯ 单晶衬底上采用斜角Ａｒ 离子刻蚀方法制备了台阶衬底．并在此衬底上制成了ＹＢＣＯ台阶结．测量结果表明,该结基本符合ＲＳＪ模型,并具有良好的高频特性．     

MgO衬底上YBa2Cu3O7-δ台阶边沿型约瑟夫森结的制备及特性

MgO衬底上的YBa2Cu3O7-δ(YBCO)台阶边沿型约瑟夫森结(台阶结)在高灵敏度高温超导量子干涉器(superconducting quantum interference device,SQUID)等超导器件研制方面具有重要的应用价值和前景.本文对此类YBCO台阶结的制备和特性进行了研究.首先利用离子束刻蚀技术和两步刻蚀法在MgO(100)衬底上制备陡度合适、边沿整齐的台阶,然后利用脉冲激光沉积法在衬底上生长YBCO超导薄膜,进而利用紫外光刻制备出YBCO台阶结.在结样品的电阻-温度转变曲线中,观测到低于超导转变温度时的电阻拖尾现象,与约瑟夫森结的热激活相位滑移理论一致.伏安特性曲线测量表明结的行为符合电阻分路结模型,在超导转变温度TC附近结的约瑟夫森临界电流密度TC随温度T呈现出(TC-T)^2的变化规律,77 K时JC值为1.4×10^5 A/cm^2.利用制备的台阶结,初步制备了YBCO射频高温超导SQUID,器件测试观察到良好的三角波电压调制曲线,温度77 K、频率1 kHz时的磁通噪声为250μΦ0/Hz^1/2.本文结果为进一步利用MgO衬底YBCO台阶结研制高性能的高温超导SQUID等超导器件奠定了基础.     

用类金刚石碳掩膜制备LaAlO3台阶衬底

我们用脉冲激光淀积（ＰＬＤ）方法在ＬａＡｌＯ３（ＬＡＯ）衬底上生长了类金刚石碳（ＤＬＣ）膜，并以此作为掩模，制备了台阶衬底．ＳＥＭ分析表明，制备的台阶衬底具有陡直的台阶角度（大于７００）．我们用这样的台阶衬底制成了ＹＢＣＯ台阶结并测量了结的基本特性，结果表明，结有较好的高频特性．     

高温超导Tl2Ba2CaCu2O8斜切本征结特性研究

在铝酸镧(LaAlO_3)斜切衬底上制备了Tl_2Ba_2CaCu_2O_8(Tl-2212)本征约瑟夫森结微桥,对其进行了输运特性研究。测试了样品在不同测量温度下的电流电压(I-V)曲线,结合模型仿真结果对临界电流特性进行了研究分析。利用低温扫描激光显微镜(LTSLM)初步探讨了Tl-2212本征结微桥的温度空间分布特性,观察到样品中出现热域并随着偏置电流的变化而变化。     

Bi0.8Ba0.2FeO3/La0.7Sr0.3MnO3异质结制备及其交换偏置效应研究

采用脉冲激光沉积方法, 通过调节激光能量、激光频率、衬底温度、氧压、靶基距等工艺参数, 在(100)取向的铝酸镧单晶衬底上制备出Bi_0.8Ba_0.2FeO₃/La_0.7Sr_0.3MnO₃多铁性异质结. X射线衍射图谱表明薄膜呈钙钛矿结构, 高分辨透射电镜图谱和能量色散X射线图谱表明两相界面清晰且具有良好的匹配度, 异质结呈(00l)取向性生长. 加场冷却条件下不同温度的磁滞回线(M-H)测量结果表明样品具有明显的交换偏置效应, 交换偏置场(H_EB)随温度的线性变化可能与异质结界面处电子轨道的重构和界面处自旋、轨道自由度之间的复杂的相互作用有关.     

高Tc台阶结Josephson器件

采用预先在衬底上刻蚀出台阶然后原位外延生长高 T_c 超导薄膜的工艺,制备了高 T_c 台阶结 Josephson 器件.文中研究了直流 Josephson 电流对温度和外加微波功率的关系,实验结果与磁通流器件的行为基本相符.     

高Tc双晶结rf SQUID

我们成功地在ＹＳＺ双晶衬底上制备了性能优良的高Ｔｃ 双晶结ｒｆ ＳＱＵＩＤ．在相同的测量条件下,得到与衬底台阶结ｒｆ ＳＱＵＩＤ 相同或相近的器件性能指标,磁场分辨率达到８４ｆＴ／Ｈｚ１／２ ．     

HTS台阶边缘结特性和制作的实验研究

本文用原子力显微镜（ＡＦＭ）对有不同伏安特性的台阶边缘结之台阶形貌进行了仔细测量．结果表明：台阶边缘晶界结特性受非平面衬底离子束刻蚀剖面细节的影响．文中对刻蚀剖面形貌的细节对结性能的影响进行了分析，并讨论了台阶结制作工艺重复性差，成品率低的原因     

单片超导微带延迟线

设计仿真了微带曲折结构的延迟线,并采用直径为2英寸,厚度为0.3mm的铝酸镧衬底双面超导薄膜制备了实际的电路。实测结果显示:此单片高温超导微带延迟线样品在1~6GHz的频率范围内,延时26ns以上,插入损耗小于0.11dB/ns,驻波比优于1.3。