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。     

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.     

硅衬底MgB_2-B-MgB_2超导SNS约瑟夫森结的制备与特性

利用两步原位电子束蒸发技术,在Si(111)衬底上制备了MgB2-B-MgB2超导SNS约瑟夫森夹心结.夹心硼(B)层厚度从10nm到80nm范围内MgB2-B-MgB2/Si(111)薄膜表现出明显的SNS约瑟夫森结特性,而在5nm和100nm处薄膜分别是整体超导和正常金属特性.在同一温度下,随着硼层厚度的增加,临界结电流减小,对同一厚度下,临界结电流随着温度的增加而减小.同时,实验指出,夹心硼SNS超导MgB2约瑟夫森结的电流-电压(I-V)曲线具有回滞现象,符合SM模型.     

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.     

MgB_2/Ta多层膜的制备及性质

本文应用磁控溅射技术(MS)和混合物理化学气相沉积法(HPCVD)在单晶Al_2O_3基底上制备MgB_2/Ta多层膜.通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)和标准四线法对MgB_2/Ta试样的表面形貌、晶体结构、超导特性及断面结构进行了测量研究.结果表明MgB_2/Ta多层膜结构清晰,超导薄膜显示出良好的超导特性.     

原位电阻测试分析Mg(BH_4)_2制备MgB_2的成相过程

Mg(BH_4)_2作为优质的储氢材料,在约300 ℃开始分解释放H_2,并最终生成MgB_(2.)由于Mg(BH_4)_2的释氢反应可以在较低的温度下获得MgB_2,使其成为了制备MgB_2超导材料的一种有效途径.本文采用了原位电阻法,通过测量Mg(BH_4)_2分解过程中电阻温度曲线,详细地研究了 Mg(BH_4)_2分解生成MgB_2的相变过程.同时,利用电阻温度的微分曲线,确定了在分解过程中不同产物的成相温度(TPF).其中,MgB_2的成相温度可以低至410℃.通过与粉末烧结法制备MgB_2块材的成相温度对比,估算出反应前Mg的颗粒尺寸最低可达3.4 nm.此外,样品的XRD分析给出了生成的MgB_2晶粒在10—18 nm之间,在SEM图像中也同样观察到了 MgB_2纳米纤维结构.这表明,Mg(BH_4)_2分解生成的Mg与B形成了接近原子级的混合,从而使MgB_2可以在更低的成相温度(410 ℃)、更短的反应时间内成相.该方法为MgB_2在超导应用的制备提供了新的思路,有利于实现MgB_2的工业化生产.     

Al/Al_2O_3/Al隧道结相位扩散的现象

超导约瑟夫森结是超导量子比特的核心元件,由约瑟夫森结组成的直流超导量子干涉器(DC-SQUID)由于其具有较高的探磁灵敏度,在超导磁通量子比特量子位测量中具有重要的作用.我们用铝为超导材料,采用电子束斜蒸发及静态氧化的方法制备了由两个Al/Al2O3/Al隧道结并联组成的DC-SQUID样品.将DC-SQUID样品置于20~1000mK范围内的不同温度下,对其跳变电流分布进行了测量.在50mK明显观测到了隧道结跳变电流机制由宏观量子隧穿到热激发的转变,并且在高于80mK时,观测到了相位扩散的现象.这对于隧道结相位动力学研究具有重要意义.     

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.     

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。     

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.     

制冷机传导冷却的MgB_2超导磁共振磁体设计分析

分析了超导磁体设计的关键问题,给出了传导冷却的中心场强0.6T的MgB_2磁共振磁体设计,重点讨论了超导磁体的铁轭设计、磁场计算以及杜瓦设计等相关技术.首先对所用MgB_2长线短样的超导性能进行了初步测试,结果表明,在20K时其临界电流约为156A.然后利用COSMOS有限元软件对磁体的中心磁场进行了分析计算,得到0.6T的磁场分布区域.本设计对国产的MgB_2高温超导长线带材在超导磁共振磁体领域的应用研究具有一定的参考价值.     

高温超导GdBa2Cu3O7-δ薄膜双晶晶界结特性研究

在晶界夹角为24°的YSZ人工双晶基片上,采用原位直流磁控溅射法制备了高温超导双晶GdBa₂Cu₃O_7-δ超导薄膜。采用光刻技术在晶界上刻出了尺寸5×5μm²的双晶晶界结。在77K下观测了结的直流I-V特性和在10GHz微波辐射下结的Shapiro台阶。这表明我们的人工双晶晶界结具有约瑟夫森弱连接行为。对结的特性进行了初步的理论分析和在实验基础上的数值模拟,模拟结果与RSJ理论符合较好,表明我们的双晶晶界结基本符合RSJ模型。     

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.     

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.     

高临界电流密度NbN约瑟夫森结的制备和特性表征

我们开展了高临界电流密度的NbN约瑟夫森结的制备和特性研究.利用直流磁控溅射方法在单晶MgO(100)衬底上外延生长NbN/AlN/NbN三层膜,并使用微加工工艺制备了NbN约瑟夫森隧道结,在液氦温度下对NbN约瑟夫森结的电流-电压特性进行了测量,实验结果表明,NbN约瑟夫森结具有良好的隧穿特性,其临界电流密度J_c为10 kA/cm^2,质量因子大于10,能隙是5.7 mV,这些实验结果为基于NbN结的超导数字电路研究奠定了坚实的基础.     

SNS与SINIS结阵制作工艺的比较

国家电压基准是基于约瑟夫森量子化效应的。传统的SIS结阵具有不能快速选择特定的台阶,相位锁定时间短的问题。I-V曲线无回滞的约瑟夫森结阵,其I-V曲线单值,电压台阶宽,解决了SIS结阵的问题。美国标准技术研究院的Hamilton提出并制作高度阻尼的可编程SNS约瑟夫森结阵电压标准;德国物理技术研究院则选择SINIS结来制作可编程约瑟夫森结阵电压基准。从结构、性能和制作方法等方面对SNS和SINIS可编程约瑟夫森结阵进行了比较。     

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。     

高温超导Tl2Ba2CaCu2O8斜切本征结特性研究

在铝酸镧(LaAlO3)斜切衬底上制备了 Tl2Ba2CaCu2O8(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,...     

不同包套材料对MgB_2超导线材性能影响

采用原位粉末套管法(in-situ PIT)制备了不同包套材料的MgB2线材,前驱粉末按照Mg:B=1.1:2的比例将Mg粉和B粉混合均匀,分别装人低碳钢、316L不锈钢以及Monel管中,均拉拔至直径1mm,然后800℃保温10min.对烧结后的线材进行微观形貌、相成分以及超导电性的分析检测.结果表明,MgB_2/Monel线材内部粉体中生成MgNi_2相,使其临界电流密度减弱;MgB_2/SS线材由于MgB_2粒径较大,使其高场下的J_c值较差;MgB_2/Fe线材的超导电性最好,在10K,0T时J_c高达5.3×10~5 A/cm~2.