聚酰亚胺在MgB2约瑟夫森结制备中的应用

MgB_2超导材料由于其优异的超导性能和电学参数,是制作超导集成电路的理想材料之一。制备基于MgB_2超导薄膜的高质量约瑟夫森结是超导电子学应用的关键。以聚酰亚胺(PI)为抗蚀层,在MgB_2超导薄膜上实现微米量级的图形线条制作,以此工艺为基础,结合MgB_2超导薄膜的气相化学沉积和晶型B介质层沉积方法,制作了基于MgB_2超导材料的约瑟夫森纵向结阵列,并测试了相应结的约瑟夫森效应。     

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     

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.     

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.     

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。     

在多晶Al2O3衬底上化学气相沉积MgB2超导薄膜

报道了制备MgB2超导薄膜的一种新方法和测量结果，MgB2超导薄膜的制备采用的是两步异位退火方法，但在现有报道的方法不同的是，制备硼（B）先驱膜采用的是化学气相沉积方法，在460℃温度下热分解乙硼烷（B2H6）沉积的，然后镁（Mg）蒸气中分别在730℃、780℃和830℃条件下退火，生成MgB2超导薄膜，扫描电子显微镜观察表明制备薄膜是多晶的，MgB2晶料小于2μm。X衍射分析发现所生长的薄膜是随机取向的。800℃条件下退火生成的MgB2超导薄膜起始转变温度和零电阻温度分别达到35K和24K，结果表明，采用B2H6热分解化学气相沉积B先驱膜的方法在优化的沉积条件和退火条件下可制备高质量的MgB2超导薄膜，我们这种化学气相沉积MgB2超导薄膜方法在大面积的MgB2超导薄膜制备方面较脉冲激光沉积方法具有优势，并且与现有的半导体工艺技术相兼容，有利用实现MgB2超导薄膜在电子器件方面的应用。     

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。     

硅掺杂MgB_2超导薄膜的制备及研究

本文报道了基于混合物理化学气相沉积法(Hybrid physical-chemical vapordeposition,简称为HPCVD),以硅烷热解出的Si原子作硅源,在SiC衬底上原位生长了一系列硅掺杂MgB_2超导薄膜样品.样品中最大硅掺杂量是9%.与纯净的MgB_2薄膜相比较,掺杂样品的超导临界转变温度T_c没有大幅下降,超导临界电流J_c得到了一定提升.在温度为5K,外加垂直磁场为3T的条件下,样品的临界电流密度最大达到2.7×10~5Acm~(-2).同时上临界场H_(c2)在超导转变温度附近对于温度的变化曲线斜率—dH/dT也有一定的提高.     

采用CVD异位退火和双温区HPCVD工艺制备MgB_2/B/MgB_2多层膜北大核心CSCD

介绍了采用了MgB2薄膜的化学气相沉积(CVD)异位退火和双温区混合物理化学气相沉积(HPCVD)制备技术,并以B膜作为势垒层在多晶的Al2O3基底上制作了三明治结构的MgB2/B/MgB2多层膜.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和标准四线法对制备的MgB2/B/MgB2多层膜的断面结构、超导薄膜晶体结构及超导特性进行了测量研究.结果表明,制备的MgB2/B/MgB2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.     

衬底温度和硼掺杂对p型氢化微晶硅薄膜结构和电学特性的影响

以B₂H₆为掺杂剂,采用射频等离子体增强化学气相沉积技术在玻璃衬底上制备p型氢化微晶硅薄膜.研究了衬底温度和硼烷掺杂比对薄膜的微结构和暗电导率的影响.结果表明：在较高的衬底温度下很低的硼烷掺杂比即可导致薄膜非晶化;在实验范围内,随着衬底温度升高薄膜的晶化率单调下降,暗电导率先缓慢增加然后迅速下降,变化趋势与硼烷掺杂比的影响极为相似.最后着重讨论了p型氢化微晶硅薄膜的生长机理. 关键词： p型氢化微晶硅薄膜 衬底温度 晶化率 电导率     

MgB2超导膜的厚度与其Jc(5K,0T)的关系

通过混合物理化学气相沉积法 (hybrid physical-chemical vapor deposition, HPCVD), 在(000l) SiC 衬底上制得一系列从10 nm到8 μm的MgB₂超导膜样品, 并对它们的形貌、超导转变温度T_c 和临界电流密度J_c与膜厚度的关系进行了研究. 观察到T_c随膜厚度增加上升到最大值后, 尽管膜继续增厚, 但T_c值保持近乎平稳, 而J_c则先随膜厚度增加上升到最高值后, 继而则随膜的厚度的增加而下降. MgB₂膜的T_c(0)和T_c(onset)值与膜厚的关系基本一致, T_c(0)在膜厚为230 nm处达到最大值T_c(0)=41.4 K, 而J_c(5K,0T)在膜厚为100 nm时达到最大值, J_c (5 K, 0 T)=2.3×10⁸A·cm^-2, 这也说明了我们能用HPCVD方法制备出高质量干净MgB₂超导膜. 本文研究的超导膜厚度变化跨度非常大, 从10 nm级的超薄膜到100 nm级的薄膜, 再到几微米的厚膜, 如此T_c和J_c对膜厚度变化的依赖就有了较完整、成体系的研究. 并且本文的工作对MgB₂超导薄膜制备的厚度选取具有实际应用意义. 关键词： 2超导膜')" href="#">MgB₂超导膜 混合物理化学气相沉积法 厚度 临界电流密度     

MgO(111)衬底MgB2 超薄膜的制备和性质研究

利用混合物理化学气相沉积法(HPCVD)在MgO(111)衬底上制备了干净的MgB₂超导超薄膜. 在背景气体压强, 载气氢气流量以及沉积时间一定的情况下, 改变B₂H₆的流量, 制备得到不同厚度系列的MgB₂超导薄膜样品, 并测量了其超导转变温度 T_c, 临界电流密度J_c等临界参量. 该系列超导薄膜沿c轴外延生长, 表面具有良好的连接性, 且有很高的超导转变温度T_c(0) ≈ 35-38 K和很小的剩余电阻率ρ(42 K) ≈ 1.8-20.3 μΩ·cm^-1. 随着膜厚的减小而减小, 临界温度变低, 而剩余电阻率变大. 其中20 nm的样品在零磁场, 5K时的临界电流密度J_c ≈ 2.3×10⁷ A/cm². 表明了利用HPCVD在MgO(111)衬底上制备的MgB₂超薄膜有很好的性能, 预示了其在超导电子器件中广阔的应用前景. 关键词： MgO(111)衬底 2超薄膜')" href="#">MgB₂超薄膜 混合物理化学气相沉积     

MgB2超导薄膜的变温拉曼光谱研究

MgB₂作为迄今为止超导转变温度最高的合金超导体,由于其具有结构简单、相干长度长、晶界间不存在弱连接、上临界场很高、电-声散射时间短等特点,MgB₂超导薄膜在电子学领域有着广阔的的应用前景。拉曼光谱是研究电-声子相互作用和超导能带的一种有效方法,且已广泛用于分析MgB₂材料的电子、声子特征以及超导体能带结构,研究表明,样品质量、晶粒尺寸以及测试条件对MgB₂拉曼峰的峰位和峰形影响很大,其中拉曼光谱随温度的变化也是一个研究重点,但目前关于MgB₂变温拉曼光谱的研究,测试的温度范围相对较小,局限在83 K到室温区域或是转变温度附近。研究了大范围温度区间内MgB₂薄膜的拉曼光谱变化,采用混合物理化学沉积法在(0001)SiC衬底上制备了MgB₂多晶薄膜,薄膜的晶粒尺寸约为300 nm,超导转变温度为39.3 K,对其在10～293 K之间的拉曼光谱进行了测试,测量的波数范围为20～1 200 cm-1。变温拉曼光谱的测试结果显示,在高频620 cm-1附近以及低频80和110 cm-1附近存在MgB₂的拉曼峰。经分析,低频区域出现的两个拉曼峰的频率与超导能隙宽度相对应,表明MgB₂的双能隙特性。考虑到MgB₂中四种声子模式的拉曼活性,高频620 cm-1附近的拉曼峰应是由E_2g振动模所贡献的,且随着测试温度的降低,该拉曼峰的峰位未发生明显的偏移,但半高宽显著变小,从293 K时的380.7 cm-1减小到10 K时的155 .7 cm-1,分析表明E_2g声子与电子系统的非线性耦合所引起的非简谐效应可能是拉曼峰半高宽线性变小的主要原因。     

高温氢退火还原V2O5制备二氧化钒薄膜及其性能的研究

过渡金属氧化物二氧化钒(VO₂)在温度340 K附近会发生金属绝缘体的转变(metal-insulator transition, MIT). 基于金属绝缘体的转变性质, VO₂薄膜材料具有很好的应用前景. 本文首先采用脉冲激光沉积制备了高质量的V₂O₅薄膜, 再通过高温氢退火还原V₂O₅薄膜制备出VO₂多晶薄膜. 研究了不同的退火温度、退火时间、退火气氛对VO₂薄膜制备的影响, 采用X射线衍射、X射线光电子能谱、变温电阻特性测量等手段对样品进行分析, 发现在H₂(5%)/Ar退火气氛下, 在一定的退火温度范围内(500–525 ℃), 退火 3 h, 得到了B相和M相共存的VO₂薄膜, 具有M相的VO₂的MIT特性, 而相同退火温度下退火时间达到4.5 h, 薄膜完全变成B相的VO₂. 通过纯Ar气氛下对B相VO₂再退火, 得到了转变温度为350 K, 电阻突变接近4个数量级的M相的VO₂薄膜. 实现了VO₂的B相和M相的相互转变. 关键词： 2薄膜')" href="#">VO₂薄膜 金属绝缘体转变 氢退火     

基于SSCVD方法的a-b轴取向ZnO薄膜制备

以Zn₄(OH)₂(O₂CCH₃)₆·2H₂O为单一固相有机源,采用单源化学气相沉积法(Single sour cechem icalvapor deposition,SSCVD)在Si(100)衬底上制备ZnO薄膜,用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)分析ZnO薄膜样品的晶体结构和微观形貌,并用X射线光电子能谱(XPS)对薄膜的锌氧化学计量比进行了分析。研究结果表明:在非平衡条件下所得到的ZnO薄膜沿a-b轴取向生长,基片温度对ZnO薄膜生长过程影响较大,随着基片温度的升高,薄膜呈现c轴生长趋势;晶粒成柱状、尺寸均匀、膜层结构致密;薄膜样品中n_Zn:n_O=0.985。     

钙钛矿薄膜气相制备的晶粒尺寸优化及高效光伏转换

钙钛矿薄膜的气相制备是一种极具潜力的工业化生产工艺,但薄膜的质量控制目前远落后于溶液制备法.本文通过建立PbI_2薄膜向钙钛矿薄膜完全转化过程中反应时间、晶粒尺寸与温度的关系,实现了薄膜的质量优化及大面积钙钛矿薄膜的制备,将薄膜的平均晶粒粒径从0.42μm优化到0.81μm.基于空间电荷限制电流模型对缺陷密度的研究显示,钙钛矿薄膜的缺陷密度由5.90×10~(16)cm~(–3)降低到2.66×10~(16)cm~(–3).光伏器件(FTO/TiO_2/C_(60)/MAPbI_3/spiro-OMeTAD/Au结构)测试显示,面积为0.045cm~2器件的平均光电转换效率从14.00%提升到17.42%,最佳光电转换效率达到17.80%,迟滞因子减小至4.04%.同时,基于180℃制备的1cm~2器件的光电转换效率达到13.17%.     

混合物理化学气相沉积法制备MgB$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;单晶纳米晶片的研究

利用混合物理化学气相沉积法在石墨衬底上制备出了晶形为六角结构、厚度不同、径向尺寸不一的MgB₂单晶纳米晶片. 利用纳米定向转移技术将此晶片转移到了碳支持膜铜网上, 以便对其精细结构等物性进行表征. 电输运测量和磁性测量结果都表明晶片具有超导电性: T_conset=38 K, T_c(0)=33 K. 扫描电子显微镜图像表明, 晶片表面平整、厚度分布在几个纳米到200 nm之间, 宽度从几微米到上百微米; 高分辨透射电镜图像显示出晶片具有周期性晶格条纹. 选区电子衍射数据与MgB₂已有的单晶衍射数据相符. 这些测量结果证实了其确为高质量单晶MgB₂超导纳米晶片. 本文不仅提出了一种全新的制备单晶MgB₂的方法, 也观察到了纳米尺度MgB₂单晶的零电阻现象, 为后续的磁通钉扎、纳米力学性能等领域的深入研究提供了合适的素材. 关键词： 2')" href="#">单晶MgB₂ 超导纳米晶片 零电阻 混合物理化学气相沉积法     

Substrate dependent growth studies of MgB2 films by electrocrystallization

The comparative study of MgB₂ film growth on Al₂O₃ and glass substrate by electrocrystallization technique is discussed. The precursor magnesium films were deposited by vacuum evaporation method. These magnesium films were then used as electrode for the growth of MgB₂ films by electrocrystallization. The structural, morphological and superconducting properties of the electrocrystallized MgB₂ films on Al₂O₃ substrate were examined by using XRD, SEM and electrical resistivity measurement techniques and compared with that of MgB₂ films grown on glass substrate. The films deposited on Al₂O₃ substrates showed enhanced crystallinity and relatively higher T_c value compared to films deposited on glass substrates.     

Growth behavior of high k LaAlO3 films on Si by metalorganic chemical vapor deposition for alternative gate dielectric application

LaAlO₃ (LAO) is explored in this work to replace SiO₂ as the gate dielectric material in metal–oxide–semiconductor field effect transistor. Amorphous LAO gate dielectric films were deposited on Si (0 0 1) substrates by low pressure metalorganic chemical vapor deposition using La(dpm)₃ and Al(acac)₃ sources. The effect of processing parameters such as deposition temperature and precursor vapor flux on growth, structure, morphology, and composition of LAO films has been investigated by various analytical methods deeply. The film growth mechanism on Si is reaction limiting instead of mass transport control. The reaction is thermally activated with activation energy of 37 kJ/mol. In the initial growth stage, Al element is deficient due to higher nucleation barrier on Si. The LAO films show a smooth surface and good thermal stability and remain amorphous up to a high temperature of 850 °C. The electrical properties of amorphous LAO ultrathin films on Si have also been evaluated, indicating LAO is suitable for high k gate dielectric applications.     

STRESS ANALYSIS IN CUBIC BORON NITRIDE FILMS BY X-RAY DIFFRACTION USING sin2 ψ METHOD

The boron nitride (BN) films containing cubic boron nitride (c-BN) and hexagonal boron nitride (h-BN) were prepared by radio frequency a ssisted thermal filament chemical vapor deposition. The stress and strain in BN films were investigated by X-ray diffraction analysis using the sin² ψ method. The results showed that both c-BN and h-BN in the same film have similar values of elastic strain, however, the compressive stress in c-BN is much greater than that in h-BN for the same film. Both stress and strain gradually decre ased with the increase of substrate temperature (T_s). The effective stress in the films calculated by the effective stress model increased with the increase of T_s. Furthermore, the dependence of effective stress in the films on T_s was also investigated.