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在6H-SiC(001)衬底上制备干净的MgB₂超导超薄膜.在本底气体压强、载气氢气流量等条件一定的情况下,改变B₂H₆流量及沉积时间,制备得到不同厚度的系列MgB₂超薄膜样品,并研究了超导转变温度T_c、剩余电阻率ρ_(42K)、上临界磁场H_c2等与膜厚的关系.该系列超薄膜沿c轴外延生长,随膜厚度的变小,T_c(0)降低,ρ_(42K)升高.膜在衬底上的生长遵循Volmer-Weber岛状生长模式.对于厚度为7.5 nm的MgB₂超薄膜,T_c(0) =32.8 K,ρ_(42K) =118 μΩcm,是迄今为止所观测到的厚度为7.5 nm的MgB₂超薄膜最高的T_c值;对于厚度为10 nm的MgB₂膜,T_c(0)=35.5 K,ρ_(42K)=17.7 μΩcm,上临界磁场μ₀H_c2估算为12 T左右,零磁场、4 K时的临界电流密度J_c=1.0×10⁷ A/cm²,是迄今为止10 nm厚MgB₂超薄膜的最高J_c值,且其表面连接性良好,均方根粗糙度为0.731 nm.这预示MgB₂超薄膜在超导纳米器件上具有广阔的应用前景. 关键词： 2超薄膜')" href="#">MgB₂超薄膜 薄膜生长 氢气流量 混合物理化学气相沉积     

(0001)SiC衬底MgB_2超薄膜的制备和性质研究

利用混合物理化学气相沉积法(Hybrid physical-chemical vapor deposition简称为(HPCVD)在(0001)SiC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B2H6的流量一定的情况下,改变沉积时间,制得一系列MgB2超薄膜样品。通过观察样品的表面形貌变化探究了MgB2超薄膜的生长过程.该系列超薄膜的生长遵循Volmer-Weber岛状生长模式且沿c轴外延生长.以20nm超薄膜作为例子,可知其表面连接性良好,超导转变温度Tc(0)≈38.5K,临界电流密度Jc≈0.82×107 A/cm2,表明了利用HPCVD在(0001)SiC衬底上制备的MgB2超薄膜有很好的性能.这预示其在超导电子器件上具有广阔的应用前景.     

Al2O3衬底MgB2超薄膜的研究

我们利用混合物理化学气相沉积法(Hybrid physical-chemical vapor deposition简称为HPCVD)在(000l)Al2O3衬底上制备了系列干净的MgB2超薄膜,并通过R-T测量、SEM测量、M-T测量、XRD测量对它们进行了表征,探究了其超导电磁性能和薄膜的生长机制.其中的7.5nm厚的MgB2超薄膜为已报导的蓝宝石衬底上生长的性能最高的超薄膜.     

混合物理化学气相沉积法制备Al2O3衬底MgB2薄膜性质的研究

我们用混合物理化学气相沉积(Hybrid Physical-Chemical Vapor Deposition简称为HPCVD)法在Al2O3(00l)衬底上原位制备了MgB2超导薄膜样品.样品厚度约为1μm左右,最高的超导起始转变温度Tc(onset)＝40.3K,转变宽度ΔT为0.3K.ρ50K=2.3μΩcm,剩余电阻比率RRR=R300K/R50K=10.样品的X射线衍射分析表明,MgB2薄膜具有较好的c轴取向,晶粒大小约200nm.由毕恩模型计算求得在5K和零场条件下,样品的临界电流密度Jc=7.6×106A/cm2,不同磁场下测得R～T曲线可以外推得到Hc2(0K)约10T.这些结果表明HPCVD技术在MgB2薄膜原位制备方面有着很大的优势,从而有利于实现MgB2薄膜在电子器件方面的应用.     

Al2O3衬底上生长的40.2K转变温度的MgB2厚膜

我们采用混合物理化学气象沉积方法(简称HPCVD)方法在(0001)晶向的Al2O3衬底上成功的沉积了1.3微米厚的MgB2超导厚膜.电性测量表明这种厚膜具有40.2K的超导转变温度,转变宽度为0.15K,绝对零度时Hc2(0)为13.7T,同时剩余电阻率达到RRR=11.磁性测量表明这种厚膜在5K和零场的条件下具有5×106A/cm3的高临界电流密度.     

关于MgB2/Al2O3超导薄膜电阻转变和各向异性的研究

利用电子束蒸发方法将MgB2超导薄膜沉积到Al2O3(001)衬底上.采用标准的四引线法研究了磁场平行和垂直超导薄膜ab平面下的电阻转变.一个激活能模型 U(T,H)= U0(1-T/(Tc+δ))n (1-H/Hc2(0))m被建立用来分析超导薄膜磁通线的激活能和电阻转变,结果表明该模型能够在整个转变温度范围描述超导体磁通线的激活能和电阻转变.另外,利用多项式Hc2(t)=Hc2(0)+At+Bt2分析了MgB2/Al2O3超导薄膜的上临界磁场,获得了该超导薄膜的各向异性参数γ=Hc2ab(0)/Hc2c(0)= 2.26.     

电子束快退火法制备MgB_2薄膜及性质研究

利用电子束快退火法制备了MgB2超导薄膜.该方法利用高能电子束,在中真空条件下照射Mg-B多层前驱膜,照射时间维持在1s以下.在电子束的作用下,前驱膜中的Mg和B迅速反应,形成MgB2相.整个退火过程没有Mg蒸气与氩气保护,极短的退火时间有效地限制了前驱膜中Mg的流失和Mg与其它物质的反应.与传统制备工艺相比,该方法避免了混合物理化学气相沉积法中乙硼烷的使用;省去异位退火法中提供高Mg蒸气压的限制,避免在有Mg块存在情况下退火后样品表面存在Mg污染的问题.利用该方法在SiC(001)衬底上生长了100nm厚的MgB2薄膜,其超导转变温度Tc～35K,均方根粗糙度为3.6nm,临界电流密度Jc(5K,0T)=3.8×106 A/cm2.该方法对MgB2薄膜的大规模工业生产提供了一个新思路.     

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     

不锈钢衬底MgB2厚膜韧性的研究

我们用混和物理化学气相沉积法(HPCVD)在不锈钢衬底上原位制备了以MgB2厚膜(约10微米厚)为过渡层的MgB2超导厚膜(约20微米厚)样品,两层膜总厚约30微米.X光衍射实验表明过渡层为(101)取向的织构膜,表层MgB2超导厚膜接近多晶膜,但有较强(101)取向,两者均含有少量的Mg和MgO杂相.此超导厚膜样品的Tc(onset)=37.8K,Tc(zero)=36.6K,ΔT=1.2K.对此样品的弯曲实验表明,以曲率半径500微米弯曲到180°后,样品仍具有Tc(onset)=37.8K,Tc(zero)=36.4K的超导电性.样品剖面SEM观测表明该膜结构致密,表面厚膜层和过渡层之间连接紧密.样品表面的SEM观测表明虽然样品弯曲导致表面MgB2超导厚膜面出现了裂缝,甚至有小部分膜面的脱落,但过渡层始终紧紧附着在不锈钢衬底上.这表明过渡层MgB2厚膜的存在大大地提高样品整体的柔韧性,展现了不锈钢衬底上的MgB2厚膜超导带(线)巨大的开发潜力和诱人的广阔应用前景.     

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     

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     

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.     

HFCVD法制备纳米晶体碳化硅薄膜中氢流量对晶粒尺寸的影响

以甲烷、硅烷和氢气为反应气体,采用热丝化学气相沉积（HFCVD）法在单晶硅衬底上沉积纳米晶体碳化硅(SiC)薄膜.通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜（SEM）分别对SiC薄膜的晶体结构和表面形貌进行分析.实验发现氢气流量对碳化硅薄膜晶粒尺寸有很大影响,当氢气流量从10SCCM变化到300SCCM时,薄膜晶粒的平均尺寸将由较大的400 nm左右减小到40 nm左右.     

二氧化锆薄膜表面粗糙度的研究

采用电子束蒸发工艺,利用泰勒霍普森相关相干表面轮廓粗糙度仪,研究了不同基底粗糙度、不同二氧化锆薄膜厚度以及不同的离子束辅助能量下所沉积的二氧化锆薄膜的表面粗糙度。结果表明：随着基底表面粗糙度的增加,二氧化锆薄膜表面粗糙度呈现出先缓慢增加,当基底的粗糙度大于10nm后呈现快速增加的趋势;随着二氧化锆薄膜厚度的增加,其表面均方根粗糙度（RMS）先减小后增大;随着辅助沉积离子能量的增加,其表面粗糙度呈现出先减小后增加的趋势。     

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.     

采用椭偏法结合分光光度法研究极薄银的光学常数

极薄银在滤光片、高反射镜等中有广泛的应用,其光学常数严重影响着膜系的特性。在室温条件下,采用电阻热蒸发技术分别在硅和玻璃基底上沉积5.3 nm~26 nm不同厚度的极薄银薄膜,用TalySurfCCI非接触式轮廓仪测量了薄膜的厚度,研究了不同厚度银薄膜的光学常数n和k。镀制厚度5.3 nm、7.9 nm、14.1 nm、26.0 nm的银薄膜,结果显示极薄银的光学常数与块状银光学常数不同,当膜厚小于14.1 nm时,折射率n在380 nm~600 nm随波长增加而增加,在600 nm~1 600 nm随波长增加缓慢减小至趋于稳定值2.6;消光系数k在380 nm~500 nm随着波长增加而增加,在500 nm~1 600 nm随波长增加而缓慢减小至趋于0不变;当膜厚大于14.1 nm时,折射率随波长增加而增加,消光系数随波长近似呈线性增加。整体上,膜厚增加时折射率减小且趋于块状银的折射率,k随厚度增加而增加并最终趋于块状膜。用此拟合的光学常数代入TFc膜系设计软件计算其透射率,发现与分光光度计测得的透射率吻合较好。     

氢化非晶硅薄膜的热导率研究

采用铂电极为加热电阻,研究了厚度为300—370nm等离子体化学气相沉积(PECVD)工艺制备的氢化非晶硅(a-Si：H)薄膜的热导率随衬底温度的变化规律.用光谱式椭偏仪拟合测量薄膜的厚度,得到了沉积速率随衬底温度变化规律,傅里叶红外(FTIR)表征了在KBr晶片衬底上制备的a-Si：H薄膜的红外光谱特性,SiH原子团键合模的震动对热量的吸收降低了薄膜热导率.从动力学角度分析了薄膜热导率随平均温度升高而增大的原因,并比较了声子传播和自由电子移动在a-Si：H薄膜热导率变化上的作用差异. 关键词： 非晶硅 热导率 薄膜 热能     

Hydrophilicity of amorphous TiO2 ultra-thin films

The UV-light-induced hydrophilicity of amorphous titanium dioxide thin films obtained by radio frequency magnetron sputtering deposition was studied in relation with film thickness. The effect of UV light irradiation on the film hydrophilicity was fast, strong and did not depend on substrate or thickness for films thicker than a threshold value of about 12 nm, while for thinner films it was weak and dependent on substrate or thickness. The weak effect of UV light irradiation observed for the ultra-thin films (with thickness less than 12 nm) is explained based on results of measurements of surface topography, UV-light absorption and photocurrent decay in vacuum. Comparing to thicker films, the ultra-thin films have a smoother surface, which diminish their real surface area and density of defects, absorb partially the incident UV light radiation, and exhibit a longer decay time of the photocurrent in vacuum, which proves a spatial charge separation. All these effects may contribute to a low UV light irradiation effect on the ultra-thin film hydrophilicity.