纳米金属掩膜和离子辐照技术制备高温超导约瑟夫森结

研究了一种利用纳米金属掩膜和离子辐照技术在高温超导YBCO薄膜上制备Josephson结的方法.首先用在YBCO薄膜甩上一层800nm左右的光刻胶(PMMA),继而在光刻胶上用直流磁控溅射的方法镀上一层大约300nm左右的Cr膜,利用紫外曝光和离子刻蚀的方法在YBCO薄膜上形成覆盖有Cr膜的微桥,然后,利用聚焦离子束系统(FIB)在微桥上刻出一个50nm左右的狭缝,最后利用120keV的H2 对狭缝内的材料进行辐照,从而使狭缝部分的材料超导电性减弱,形成类似SNS型的Josephson结.     

制备45°双外延超导结的新工艺

我们使用脉冲激光沉积方法对YBa2Cu3O7-δ(YBCO)薄膜在MgO基片上通过CeO2/YSZ双缓冲层的生长进行了系统的研究,发现MgO单晶基片的表面质量是决定能否得到理想外延薄膜质量的关键因素,通过使用低能离子束对MgO表面进行轰击,以增加其表面粗糙度和去除变质层,得到了具有100%面内45°旋转的YBCO外延膜,其临界电流密度77K时在106A/cm2量级.通过湿法刻蚀得到的双外延Josephson结表现出RSJ特性.     

氩离子束减薄TlBaCaCuO多晶膜微桥

使用化学湿法刻蚀和氩离子束减薄技术制作了 TlBaCaCuO 薄膜的厚差桥,研究了桥区膜厚和临界电流的变化,发现离子束减薄对薄膜的 J_c 没有明显影响.使用这种技术调整 DCSQUID 的临界电流,在77K 观察到了量子干涉现象.     

XUV成像系统中像传递函数研究用的Si刻蚀膜

 研制具有网格或条状图形的Si刻蚀膜靶，用于XUV系统中像传递函数的研究。在自截止腐蚀工艺制备Si平面薄膜的基础上，结合离子束刻蚀工艺，获得刻蚀深度为1.0 μm左右，网格尺寸为25 μm×25 μm，或条状线宽为5 μm的Si刻蚀膜；测量了Si刻蚀膜的形貌和刻蚀深度；研究了离子束刻蚀参数对图形形貌的影响。并介绍采用两种靶型获得的像传递函数信息。     

惯性约束聚变实验用平面薄膜的制备及其表面图形的引入

平面薄膜是ICF分解实验的重要靶型,以半导体技术结合重掺杂自截止腐蚀制备厚度为3－4um的Si平面薄膜,以热蒸发结合脱膜工艺制备Al平面薄膜,两者的表面粗糙度分别为30nm和10nm左右;进一步采用离子束刻蚀在平面薄膜的表面引入网格或条状图形,获得测量成像系统像传递函数的刻蚀膜,控制离子束刻蚀工艺的参数以实现图形的精确转移。     

氩离子刻蚀对高温超导YBCO薄膜物理特性的影响

本文研究了高温超导薄膜表面经氩离子不同程度刻蚀后其物理性能的变化,并采用离子刻蚀的方法设计制备了一个四节超导滤波器.YBa2Cu3O7-x(YBCO)薄膜表面经氩离子适当厚度刻蚀后的测试结果表明,薄膜的零电阻超导临界温度Tc随刻蚀时间适当的增加而提高,但过度刻蚀会带来电阻率的增大及转变宽度加宽.经SEM观测,刻蚀后薄膜表面的颗粒减少,趋于平整,通过XRD分析,离子刻蚀使薄膜晶格常数c发生了变化,同时测得超导薄膜的临界电流密度Jc基本保持不变.这一工作表明氩离子刻蚀对薄膜的氧含量及氧分布有一定的调控作用,并能提高薄膜的平整度,而且用此工艺制备出的超导滤波器显示出良好的微波特性,各项指标均达到了设计要求.这些研究对高温超导薄膜在微波电路中的应用提供了有利的帮助.     

HfO2顶层多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀

多层介质膜光栅是高功率激光系统的关键光学元件. 为了满足国内强激光系统的迫切需求,首先利用考夫曼型离子束刻蚀机开展了HfO₂顶层多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀实验研究. 采用纯Ar及Ar和CHF₃混合气体作为工作气体进行离子束刻蚀实验,获得了优化的离子源工作参数. 结果表明,与纯Ar离子束刻蚀相比,Ar和CHF₃混合气体离子束刻蚀时的HfO₂/光刻胶的选择比大. HfO₂的离子束刻蚀过程中再沉积效应明显,导致刻蚀光栅占宽比变大. 根据刻蚀速率分布制作的掩模遮挡板可以提高刻蚀速率均匀性,及时清洗离子源和更换灯丝,可保证刻蚀工艺的重复性. 利用上述技术已成功研制出多块最大尺寸为80 mm×150 mm、线密度1480线/mm、平均衍射效率大于95%的HfO₂顶层多层介质膜脉宽压缩光栅. 实验结果与理论设计一致,为大口径多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀提供了有益参考. 关键词： 光栅 多层介质膜 离子束刻蚀     

插入二氧化铈薄膜提高MOD-YBa2Cu3O7-x厚膜超导性能的研究

YBa₂Cu₃O_7-x(YBCO)膜存在“厚度效应”: 随着厚度增加, YBCO薄膜的临界电流密度下降, 尤其是YBCO薄膜的厚度超过1 μm时, 它的临界电流密度急剧下降. 本文在YBCO薄膜之间引入极薄的二氧化铈(CeO₂)薄膜, 成功制备出结构为YBCO/YBCO/CeO₂/YBCO的超导厚膜. 所制备的厚度为2 μm的YBCO膜临界电流密度为1.36 MA/cm² (77 K, 自场), 其性能比相同厚度的纯YBCO膜有了较大幅度的提升. 研究表明CeO₂薄膜起到了传递织构、松弛应力的作用.     

低能离子对高温超导YBa_2Cu_3O_(7-δ)薄膜的表面改性和机理

低能氩离子束轰击并后退火处理的离子束表面改性,会影响高温超导薄膜的表面结构和超导特性,但是其中的深刻微观机理不清楚.本文通过连续改变离子束轰击时间,系统研究了离子束表面改性对于超导膜结构和临界电流密度的影响.通过扫描电子显微镜、X射线衍射、J_(c-scanning)测试表征样品的结构特性和超导特性,并得出内应变、氧空位缺陷等参量.研究表明,经过表面改性的钇钡铜氧(YBa_2Cu_3O_(7-δ),YBCO)薄膜,随轰击时间增加表面形貌会变得更加均匀致密,a轴晶粒消失,并且临界电流密度有了显著的提高.由化学键收缩配对模型分析得出,临界电流密度的提高与薄膜内应变增大和引发的局部YBCO结构中Cu—O键收缩有关.     

离子束刻蚀软X射线透射光栅实验研究

利用全息-离子束刻蚀方法研制出了聚酰亚胺薄膜为衬底的金软X射线透射光栅.研究了光栅制作中曝光量、显影条件和离子束刻蚀工艺等因素对光栅参数的影响,并给出了在惯性约束激光核聚变实验研究中的应用结果,     

氧气中退火对Ag与YBa2Cu3O7-δ超导薄膜相互作用的影响

本文通过多种实验手段对Ag/YBCO薄膜退火后Ag膜与YBCO薄膜的相互作用进行了研究。Ag/YBCO在退火过程中,存在着Ag沿YBCO的表面的横向扩散和向YBCO薄膜内部的纵向扩散,Ag的纵向扩散有一定深度。Ag与YBCO很可能发生物理而非化学作用,渗透进入YBCO的Ag可能在YBCO的晶界处形核生长,使YBCO晶格发生畸变,产生应力,从而导致接触电阻值的增大。     

氧回旋离子束刻蚀化学气相沉积金刚石膜

利用非对称磁镜场电子回旋共振等离子体产生的氧回旋离子束刻蚀了化学气相沉积金刚石膜,研究了工作气压和磁电加热电压对金刚石样品附近的离子温度和密度的影响,并分析了金刚石膜的刻蚀和机械抛光效果。结果表明:当工作气压为0.03 Pa,磁电加热电压为200 V时,离子温度和密度最大,分别为7.38 eV和 23.81010 cm-3 。在此优化条件下刻蚀金刚石膜4 h后,其表面粗糙度由刻蚀前的3.525 m降为2.512 m,机械抛光15 min后,表面粗糙度降低为0.517 m,即金刚石膜经离子束刻蚀后可显著提高机械抛光效率。     

关于YBCO薄膜过热现象的研究

在用YBa₂Cu₃O_z(YBCO)种膜液相外延生长Nd_1+xBa_2-xCuO_z(NdBCO)厚膜的过程中，YBCO晶体在高于熔点的温度下保持不熔化并且起到了外延种子的作用.采用高温金相显微镜,我们实时观察YBCO薄膜的熔化过程，发现了超导氧化物薄膜的过热现象，并且结合XRD极图的分析和Ba-Cu-O熔体的不润湿性现象合理解释了YBCO形成过热的机制.另外，通过对具有不同微观结构的YBCO薄膜熔化行为的横向比较，研究YBCO薄膜品质对于其过热度的影响，并用半共格界面能理论很好地解释了AFM和XRD分析及实时观察熔化过程的实验结果. 关键词： 过热 YBCO薄膜 熔化形核     

Ag与YBa2Cu3O7-δ超导薄膜接触电阻的研究

本文系统研究了Ag/YBCO薄膜退火后Ag膜微观形貌与相应接触电阻率以及它们之间的关系,得到了在最佳退火温度(475℃左右)退火后ρc为6×10-8Ω*cm2(77K),并对接触电阻率随不同退火温度的变化进行了解释.此外,对于Ag与YBCO薄膜和Ag与YBCO块材之间的接触电阻率随退火温度的变化规律进行了比较并解释了其差异的原因.     

高温超导滤波器两种刻蚀方法的研究

在高温超导滤波器的制备过程中,针对所使用的高温超导薄膜的特点,采用了两种刻蚀方法——湿化学刻蚀法和离子束刻蚀法,设计对比了两种刻蚀的制作流程及其优缺点,并用两种方法分别制备了高温超导滤波器,对微波特性做了对比分析。得出离子束刻蚀对超导薄膜的性能影响要小一些,用此方法制备的高温超导滤波器具有更好的微波特性。     

YBCO-SrTiO_3-YBCO多层薄膜超导线圈

采用射频磁控溅射在(100)SrTiO_3衬底上生长了 YBCO-SrTiO_3-YBCO 多层薄膜,并结合氩离子束刻蚀技术加工了线条宽10μm 共9匝的多层结构超导线圈,研究了总长约9.4mm宽10μm YBCO 线条的超导连通及超导连接和超导线条绝缘跨接的情况.线圈超导连通 T_c为82K,在77K 的 J_c 为5.4×10~4Acm~(-2),SrTiO_3绝缘层在77K 的电阻率为3.9×10~3Ωcm,基本可以满足薄膜磁通变换器中多匝输入线圈的工艺要求.     

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.     

Y_2O_3缓冲层对YBCO超导转变温度的影响（英文）

超导薄膜所受的应力对其临界转变温度Tc具有重要的影响,研究应力对超导薄膜Tc的影响对获得更高Tc材料具有重要意义.本文采用溶胶-凝胶法,在LAO单晶基板上制备了Y2O3/YBCO薄膜,并研究了Y2O3缓冲层对不同厚度YBCO超导薄膜的临界转变温度的影响.研究发现,当YBCO薄膜厚度为90nm时,由于Y2O3和YBCO薄膜的晶格错配,在YBCO/Y2O3薄膜的a-b面内引入了压应力,增加了c轴的晶格常数,结果提高了YBCO薄膜的临界转变温度.当YBCO薄膜的厚度较大时(如230nm),由晶格错配引起的应力通过位错的形式得以释放,YBCO薄膜的Tc变化不大.     

大口径多层介质膜光栅衍射效率测量及其在制作工艺中的应用

多层介质膜光栅是高功率激光系统的关键光学元件.为了满足国内强激光系统的迫切需求, 在大口径多层介质膜光栅的研制过程中,建立了单波长自准直条件下的衍射效率测量方法及其误差分析. 结果表明误差主要由探测器的噪声和测试人员的差异产生,对衍射效率测试精度的影响是±1%. 在此基础上,将光栅衍射效率及其分布测量技术应用于光栅制作工艺中, 作为大口径光栅无损检测的一种手段,如判断光栅掩模是否能进行离子束刻蚀、 离子束刻蚀的在线监测和是否需要再刻蚀,从而实现对大口径多层介质膜光栅离子束刻蚀过程的定量、 科学控制,提高了离子束刻蚀光栅制作工艺的成功率.利用上述技术,已成功研制出多块最大尺寸为 430 mm× 350 mm、线密度1740线/mm、平均衍射效率大于95%的多层介质膜光栅. 实验结果表明,该方法操作简单、测量快速准确,不必检测光栅微结构. 为大口径多层介质膜光栅研制的无损检测工程化奠定了基础.     

斜入射离子束辅助沉积对类金刚石薄膜结构影响的分子动力学模拟

采用分子动力学（MD）模拟方法,从原子尺度上研究了离子束辅助沉积（IBAD）类金刚石（DLC）薄膜过程中离子束入射角对薄膜结构的影响.重点讨论了不同的离子束入射角所对应的薄膜表面模型,平均密度和sp³键含量.结果表明,离子束斜入射加强了入射原子的水平动能,从而加强了原子水平迁移;Ar离子斜入射时C原子迁移率均比垂直入射大,薄膜密度和sp³键含量都比垂直入射小.不同的离子束入射角随着到达比和入射能的变化,对薄膜结构的影响不同.离子束斜入射时可以得到不同结构的膜. 关键词： 类金刚石薄膜 入射角 离子束辅助沉积 分子动力学模拟