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     

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     

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.     

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     

硅掺杂MgB2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.     

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。     

钛离子辐照对MgB2超导薄膜的载流能力和磁通钉扎能力的影响

利用混合物理化学气相沉积法(hybrid physical-chemical vapor deposition, HPCVD)可以制备出高性能的MgB₂超导薄膜, 再对薄膜进行钛(Ti)离子辐照处理.经过辐照处理后的样品被掺入了Ti元素, 与未处理的干净MgB₂样品相比,其超导转变温度没有出现大幅度的下降, 而在外加磁场下的临界电流密度得到了明显的提高,同时样品的上临界磁场也得到了提高. 在温度5 K, 外加垂直磁场为4 T的情况下, Ti离子辐照剂量为1× 10¹³/cm²的样品的临界电流密度达到了1.72× 10⁵ A/cm², 比干净的MgB₂要高出许多,而其超导转变温度仍能维持在39.9 K的较高水平.     

Mg/B多层膜退火法中不同制备条件对MgB2超导薄膜性质的影响

用Mg/B多层膜退火的方法制备了一系列MgB₂超导薄膜,研究了退火温度、退火时间和薄膜厚度对于MgB₂薄膜性质的影响.厚度为250 nm的Mg/B多层膜经400 ℃低温退火后已经生成超导相,此厚度薄膜750 ℃下退火20—30 min实现最佳超导转变温度（T_c）.前驱膜分层厚度相同时,随着薄膜厚度减小MgB₂薄膜T_c明显降低,而且较薄的膜T_{c关键词： 2}超导薄膜')" href="#">MgB₂超导薄膜 电子束蒸发 超导成相     

离轴生长的MgB2超导薄膜的研究

通过混合物理化学沉积法(hybrid physical-chemical vapor deposition,简称为HPCVD),我们在多种单晶衬底上制备出了MgB2超导薄膜.经测量发现MgB2薄膜在6H-SiC、c-Al2O3、MgO(111)和YSZ(111)衬底上基本是沿c轴外延生长的,形成单晶薄膜;在MgO(211)、MgO(100)和钇稳定氧化锆(YSZ)(110)衬底上,MgB2晶粒的生长表现出明显的择优取向生长方式,并与晶格常数匹配关系所预言的结果一致。     

不同厚度的MgB_2超薄膜的制备和性质研究

本文报导了利用混合物理化学气相沉积法(Hybrid physical-chemical vapor deposition,HPCVD)在SiC(0001)衬底上制备干净的MgB2超薄膜.在背景气体压强、载气H2流量等条件一定的情况下,改变B2H6流量及沉积时间,制备不同厚度的MgB2超薄膜样品,并研究了超导转变温度Tc、剩余电阻率ρ(42K)、上临界场Hc2等与膜厚的关系.这系列超薄膜生长沿c轴外延,随膜厚度的变小Tc(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10nm厚的膜,Tc(0)~32.4K,ρ(42K)~124.92μΩ·cm,其表面连接性良好,平均粗糙度为2.72nm,上临界磁场Hc2(0K)~12T,零场4K时的临界电流密度Jc~107A/cm2,为迄今为止所观测到的10nm厚MgB2超薄膜的最高Jc值,这也证明了10nm厚的MgB2膜在超导纳米器件上具有很强的应用潜力.     

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.     

氢气流量对混合物理化学气相沉积法制备MgB_2超薄膜的影响

用混合物理化学气相沉积法(Hybrid physical-chemical vapor deposition简称为HPCVD)制备了MgB2超薄膜.在背景气体压强、B2H6的流量和成膜时间等条件一定的情况下,当氢气的流量从200到400sccm范围内变化时,观察了其对成膜的影响.结果显示,随氢气流量增大,膜表面粗糙度增大,同时膜面的连接性变好,伴随着样品的超导转变温度得到提高.对于平均厚度是10nm和15nm的样品,氢气流量分别是200sccm和300sccm时,Tc分别是26K和33K与28K和37K.     

纳米粒子在不锈钢衬底MgB2超导膜中的作用

我们用混合物理化学气相沉积法(hybrid physical-chernical vapor deposition简称为HPCVD)以氩气为背景气体,在不锈钢衬底上于不同条件下制备了一批MgB2超导薄膜样品.用扫描电子显微镜获取了相关的SEM图像,并对膜的成分进行了能谱分析(EDX)的.当把不锈钢衬底MgB2超导薄膜弯曲不同角度之后,膜面上均出现了裂纹.裂纹的数量和宽度随弯曲的角度的增大而增加,但是膜始终紧紧地覆着在衬底上不脱落.因此我们可以说覆着在不锈钢衬底上的MgB2超导薄膜具有了很好的韧性.在膜中我们也发现有大量的数十纳米大小的晶粒.这个尺寸的纳米粒子的作用可以用来平衡MgB2膜内结构和表面晶粒的活性之间的相互作用.MgB2纳米粒子的存在是MgB2超导膜表现出韧性的关键角色.     

混合物理化学气相沉积法制备不锈钢衬底MgB2超导厚膜样品的韧度研究

我们用混合物理化学气相沉积法(HPCVD)制备了一批不锈钢衬底的MgB2超导厚膜样品,厚度在10～30μm间,Tc(onset)是37.8～37.2K,超导转变宽度ΔT在1.2K左右,是(101)方向织构的致密厚膜,并有少许MgO杂相.对样品进行弯折研究,随着弯曲角度的增加,膜面出现不同程度的条状裂纹,但仍能保持膜面的基本完整;虽然样品的超导起始转变温度降低、转变温区变宽,性能有所下降,但超导特性仍能保持在一个很好的水平上.这个结果表明了采用HPCVD方法制备不锈钢衬底带材将会很好地克服MgB2超导膜由于硬脆的性质而无法绕制磁体的问题,有着十分重要的应用意义.     

Zn掺杂MgB2超导电性的研究

我们用传统的固相反应法烧结了一系列Mg1-xZnxB2（x=0.00,0.02,0.04,0.06,和0.08）,仔细研究超导转变温度和结构,发现随着Zn掺杂量的增加,002峰向衍射角减小的方向转移,这使Zn原位替代Mg和晶格常数a的增大成为可能.电阻系数测量表明,被Zn替代后开始的超导转变温度（Tc）几乎没有变化,尤...     

衬底偏置对ITO膜光学性质的影响

研究衬底偏置机理。在低温偏压衬底下,用三极反应溅射法镀制出在可见光区透射率为83％的ITO膜。测试低温负偏置衬底法与高温无偏置衬底法镀制ITO膜的光谱特性,发现两者在红外区有相似变化。确定出氧分压范围在(5～7)×10~(-3)Pa。