YBCO薄膜热稳定性和微结构的关系研究

我们已报道过YBa2Cu3O7-δ（YBCO）的过热现象并且对其过热的机制进行了研究．在本文的工作中，主要研究了YBCO薄膜的微结构对于其过热行为的影响．通过高温金相显微镜对具有不同微结构的YB（的薄膜的不同的熔化行为进行了实时观测，并且用原子力显微镜（AFM）和X射线衍射仪（XRD）对这些具有不同品质的薄膜进行表征．结果表明，YBCO薄膜的微结构对于其过热度以及整个薄膜熔化的过程有很大的影响，高品质的薄膜具有低界面缺陷比率，由此导致了其在熔化过程中较高的过热度．本文同时在实时观测，AFM和XRD所得到实验结果的基础上，通过半共格界面能的理论很好的解释了YBCO薄膜在不同的微结构情况下体现出来熔化和过热行为的差异．     

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     

面内和面外取向对RBa_2Cu_3O_z薄膜热稳定性影响的研究

采用高温金相显微镜,实时观察RBa2Cu3Oz(RBCO,R代表稀土元素)薄膜的熔化过程.结合X射线衍射(XRD)极图的分析,对不同面内取向和面外取向的RBCO薄膜熔化行为进行横向比较,研究了RBCO微结构对于其热稳定性的影响,并用半共格界面能理论很好地解释了XRD分析和实时观察熔化过程的实验结果.对不同面内取向YBa2Cu3Oz(YBCO)薄膜的研究结果表明,空气中0°晶粒的热稳定性优于45°晶粒;此外还研究了c轴取向的SmBa2Cu3Oz(SmBCO)薄膜的热稳定性,结果表明微量a轴晶粒对SmBCO薄膜的熔化行为以及其热稳定性有明显影响.     

不同衬底上制备YBa2Cu3O7-δ超导薄膜的微结构研究

采用大直径中空柱状阴极直流磁控制溅射装置，在LaAlO3和Zr(Y)O2衬底上制备YBCO超导薄膜。用透射电镜（TEM）、扫描隧道显微镜（SIM）和原子力显微镜（AFM）对薄膜和衬底间的界面，薄膜的螺旋生长结构，YBCO薄膜及其相应衬底的表面形貌进行了观察和测量。分析了基片表面形貌及表层内缺陷对界面附近薄膜组织结构的影响。研究了不同衬底沉积的超导薄膜具有不同表面形貌的原因。从生长机理角度对表面形貌、缺陷和位错的形成机制进行讨论。     

正常态金属与氧化物高温超导薄膜界面扩散特性分析

利用二次离子质谱(SIMS)技术,分析了Ag和A1与YBa_2Cu_3O_(7-x)(YBCO)超导薄膜接触界面互扩散.结果显示,它们有不同的互扩散特征.利用SIMS的分析结果,可以很好地理解经高温热处理后,Ag/YBCO和A1/YBCO样品具有不同界面电学性质的原因. 关键词：     

TiN和Ti1-xSixNy薄膜的微观结构分析

使用x射线衍射(XRD)、x射线光电子谱(XPS)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和原子力显微镜(AFM)多种观测手段分析了TiN薄膜和Ti1-xSixNy纳米复合薄膜的微观结构.实验分析证明Ti1-xSixNy薄膜是由直径为3-5nm的纳米晶TiN和非晶Si3N4相构成,并且Ti1-xSixNy薄膜的表面粗糙度小于相同条件下制备的TiN薄膜,在Ti1-xSixNy薄膜体系的自由能中引入界面能的概念,在此基础上分析了体系中TiN晶粒的取向问题.     

YBa_2Cu_3O_(7-δ)超导薄膜热解过程中表面形貌的形成规律及机理探讨

YBa_2Cu_3O_(7-δ)(YBCO)超导薄膜的表面形貌对于自身的超导性能起着至关重要的作用.低温热处理过程对于最终的YBCO超导薄膜的表面形貌有非常大的影响.我们研究了升温速率和气体流量对表面形貌的共同作用,发现以下规律:在高气体流量的作用下,当升温速率较低时,薄膜出现裂纹,提高升温速率,可得到光滑薄膜,进一步提高升温速率产生褶皱,直至出现裂纹与褶皱的共存态;在低气体流量下,升温速率较低时也能获得光滑的薄膜,而高升温速率则会导致薄膜褶皱.因此获得表面平整的薄膜,升温速率和气体流量必须匹配.结合在线实时观测的方式,观察了缺陷表面的形成温度及演化过程,给出了薄膜表面形貌与热处理条件关系的解释.原子力显微镜(AFM)粗糙度的测试结果与我们的解释吻合.     

钛酸锶衬底表面改性对YBCO高温超导薄膜性能的影响北大核心CSCD

YBa_2Cu_3O_(7-x)(YBCO)高温超导材料在高温高场中具有比较高的临界电流密度,因此具有较好的应用前景.通过研究YBCO高温超导薄膜,以提高它的载流能力和超导性能是市场应用的迫切需要.文中所研究的钛酸锶(SrTiO_3)衬底,作为一种钙钛矿结构,不仅具有良好的化学和热稳定性,而且与YBCO高温超导薄膜具有较小的晶格失配度.通过酸腐蚀法和无酸腐蚀处理钛酸锶SrTiO_3(100)(STO)衬底,运用原子力显微镜观察了两种衬底处理方法对钛酸锶衬底表面结构的影响.并在其上用三氟乙酸盐金属有机沉积法(TFA-MOD)制备出临界密度达到约2.50~3.00 MA/cm^2的YBCO高温超导薄膜.通过四引线法表征YBCO高温超导薄膜的Tc达到了均约93K.通过扫描电子显微镜(SEM)分析了衬底处理技术的不同对其表层生长的YBCO高温超导薄膜形貌的影响.通过X射线衍射仪(XRD)固定方位角法表征了不同的衬底处理技术对薄膜内的残余应力的影响.     

YBCO液相外延生长初始阶段的研究

通过液相外延生长的方法能制备高质量的YBa2Cu3O7-δ(YBCO)超导厚膜.利用高温金相显微镜,在大气气氛下实时观测了沉积在MgO基片上的YBCO薄膜熔化过程以及随后冷却过程中的液相外延生长初始阶段.通过对包晶分解过程的控制,留下部分微米级YBCO晶粒,并以此作为外延生长的种子.实验结果表明,通过包晶反应Y2BaCuO5+Liquid→YBa2Cu3O7-δ,能在这些剩余的YBCO晶粒周围快速外延生长出YBCO晶体.本文探讨了初始阶段的生长动力学以及外延生长取向问题.     

MgO单晶基片上YBCO高温超导薄膜的制备

在2英寸MgO(001)单晶基片上,采用直流溅射法,通过基片高温退火,成功制备了性能优越的YBa2C3O7-δ(YBCO)双面超导薄膜,能够满足超导滤波器的设计要求。X射线衍射(XRD)分析表明经过退火的基片上生长的YBCO薄膜与基片有单一的外延取向关系;用原子力显微镜(AFM)和高能电子衍射(RHEED)分析高温退火对基片表面状况的改变。结果表明制备的YBCO薄膜具有很好的超导电性,薄膜临界电流密度Jc(77K,0T)≈2.5×106A/cm2,微波表面电阻Rs(10GHz,77K)≈0.16mΩ。