專利名稱：臨界溫度典型值為95k的釹鋇銅氧高溫超導(dǎo)外延薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬高溫超導(dǎo)薄膜技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及ReBa2Cu3O7-δ(Re為稀土元素)高溫超導(dǎo)薄膜體系中的釹鋇銅氧(Nd1Ba2Cu3O7-δ)高溫超導(dǎo)薄膜。
眾所周知，近年來，由于高溫超導(dǎo)薄膜在微波器件制造中的廣泛應(yīng)用，對高溫超導(dǎo)薄膜性能提出了更高的要求，希望具有更高的臨界溫度Tco和臨界電流密度Jc及更低的微波表面電阻Rs，為此，人們?yōu)閷で蟾逿co的高溫超導(dǎo)薄膜材料進(jìn)行了大量的研究。我們知道，高溫超導(dǎo)材料的Tco值主要由載流子濃度決定，同時也受氧空位濃度及缺陷分布狀態(tài)的影響，也就是說薄膜材料中載流子濃度高，缺陷少，分布有序就有可能把Tco做得更高。在ReBa2Cu3O7-δ材料體系中由于Nd(釹)的離子半徑比Y(釔)大，根據(jù)理論分析它可能有更高的Tco，因而展開了對Nd1Ba2Cu3O7-δ的體系研究。首先日本Hidehiko Nanaka等人[見Appl phys lett 57(1990)2850]采用分子束外延(MBE)技術(shù)在低壓NO2氣氛中制備Nd1Ba2Cu3O7-δ薄膜，其Tco僅為30k，這是因為采用MBE所制得的薄膜的成分與靶完全相同，因而不能改變膜的成分計量比，當(dāng)然更難以通過優(yōu)化制備工藝條件來改變Nd/Ba比例，無法控制Nd和Ba固溶缺陷的產(chǎn)生與分布之故；以后日本Massond Sadaye.Furen Wang等人[見Supercond.Sci.Technol 8(1995)638]及德國C.Le paven-Thivet.B.Leibold等人[見Inst.phys.Conf,Ser.No 148(1995)863]采用激光沉積法在氧分壓10～400pa下制得Nd1Ba2Cu3O7-δ薄膜的Tco分別為85k和85～90k，這是因為他們所用的氧分壓過高，難以調(diào)整Nd/Ba的比例，無法有效控制Nd和Ba產(chǎn)生固溶缺陷及缺陷的分布之故，從以上已有技術(shù)看，所制得的Nd1Ba2Cu3O7-δ薄膜的Tco均不夠高，顯然無法滿足微波器件制做的需要。
本發(fā)明的目的在于提供一種制備Nd1Ba2Cu3O7-δ高溫超導(dǎo)薄膜的新方法及具體制備技術(shù)，以獲得臨界溫度Tco的典型值為95k的Nd1Ba2Cu3O7-δ超導(dǎo)薄膜，以更好地滿足微波器件制做的需求。
本發(fā)明從提高Nd1Ba2Cu3O7-δ超導(dǎo)薄膜Tco的基本點出發(fā)，所提出的制備方法和具體制備技術(shù)必須有利于獲得足夠高的載流子濃度、氧空位濃度及控制Nd離子和Ba離子的固溶，為此，本發(fā)明提出了采用倒筒式直流濺射(ICP)方法并嚴(yán)格選擇基片及取向和嚴(yán)格控制濺射條件及后處理工序，其具體制備技術(shù)為1．選用Nd1Ba2Cu3O7-δ園柱靶材；2．基片為LaAlO3(100)單晶片，靶基距為8cm；3．濺射條件氣氛氧氬混合氣體，O2∶Ar=1∶2～4 總壓60～65Pa功率電流為0.2～0.7A電壓為150v～170v基片溫度750～770℃時間10～20h速率0.005～0.01nm/s4．后處理工序濺射完后關(guān)掉Ar氣，樣品在氧等離子體中降溫至390℃～440℃后充入6～8×104Pa純氧，保溫5～15分鐘后自然冷卻至100以下。
利用本發(fā)明給出的新制備技術(shù)制得的Nd1Ba2Cu3O7-δ薄膜，用感應(yīng)法和電阻法測量得到的典型電阻-溫度曲線(R-T)如圖1所示，其(a)為用感應(yīng)法第一次測量的R-T曲線，(b)為用感應(yīng)法第二次測量的R-T曲線，(c)為四引線電阻法驗證時的R-T曲線，(d)為曲線c的局部放大圖。從圖中看出Nd1Ba2Cu3O7-δ薄膜的Tco的典型值為95k。
用XRD和TCM分析看出薄膜為具有良好外延性的超導(dǎo)薄膜。
本發(fā)明所述的倒筒式直流濺射方法是在倒筒式直流磁控濺射裝置上取掉環(huán)形磁鐵來實現(xiàn)的[詳見J.Geerk et al,Matev.Sci.Rep.4(1989)193]。所謂倒筒式直流濺射它是采用園柱靶材在上，基片在下，這樣有利于消除平面濺射中負(fù)氧離子的反濺射，有利于控制濺射生成的膜的成分；另外采用濺射方法比采用MBE法和激光沉積法更容易調(diào)整濺射條件比如氧分壓、功率、基片溫度等，有利于Tco的提高。
利用本發(fā)明給出的倒筒式直流濺射方法和制備工藝中采用了合適的基片溫度及較低的氧分壓(比已有技術(shù)的激光沉積法的低二個數(shù)量級)，從而使超導(dǎo)薄膜中Nd/Ba的比例達(dá)到最佳，并使Nd離子和Ba離子的固溶缺陷減至最少，有利于Nd1Ba2Cu3O7-δ超導(dǎo)薄膜Tco的提高；另外在制備的后處理工序的降溫過程中采用了氧等離子處理，這是補充氧空位濃度的有效方法，也有利于Nd1Ba2Cu3O7-δ超導(dǎo)薄膜Tco的提高，所制出的超導(dǎo)薄膜的Tco均大于94k,Tco的典型值達(dá)到95k，比已有技術(shù)制備的同類薄膜的Tco有了很大提高，可更好地滿足微波器件制做的需求。
附圖及


圖1利用本發(fā)明提供的技術(shù)制備的Nd1Ba2Cu3O7-δ薄膜典型的電阻-溫度曲線(a)是用感應(yīng)法第一次測試的R-T曲線；(b)是用感應(yīng)法第二次測試的R-T曲線；(c)是用四引線電阻法驗證的R-T曲線；(d)是曲線C的局部放大圖。
實施例1．采用Nd1Ba2Cu3O7-δ園柱靶材，基片為LaAlO3(100)單，晶片靶基距為8cm；濺射條件氣氛氧氬混合氣、氧分壓為15pa(O2∶Ar=1∶3.3)，總壓65pa；基溫770℃功率電流0.2A，電壓170v時間12h。
后處理工序濺射完成后關(guān)掉Ar氣，在氧等離子體中降溫至390℃后充入8×104pa純氧，再保溫8分鐘后自然冷卻至100℃以下。
制得的Nd1Ba2Cu3O7-δ薄膜厚度430nm(生度速率0.01nm/分)，用感法和電阻法測量，其Tcoo=95k。
2．改變靶組成為Nd1Ba2.2Cu3.5O7-δ，濺射條件氣氛為氧氬混合體，氧分壓為20pa(O2∶Ar=1∶2)，總壓60pa電流0.7A時間10h基溫760℃其它均與實施1完全相同。
制得的Nd1Ba2Cu3O7-δ薄膜，經(jīng)測試Tco=94.5k。
3．氧分壓20pa，總壓65pa(O2∶Ar=1∶2.2)，基溫750℃，濺射電流0.2A，濺射時間18h，其它均與實施例1相同，制得的Nd1Ba2Cu3O7-δ薄膜，經(jīng)測試Tco=94.3k。
權(quán)利要求
1．釹鋇銅氧高溫超導(dǎo)薄膜材料其特征是采用倒筒式直流濺射方法，嚴(yán)格控制濺射條件，采用了合適的基溫和較低的氧分壓及在氧等離子體中的后處理工序，制出的Nd1Ba2Cu3O7-δ薄膜的Tco型值達(dá)到95k，其具體制作技術(shù)為(1)選用Nd1Ba2Cu3O7-δ園柱靶材；(2)基片為LaAlO3(100)單晶片，靶基距為8cm；(3)濺射條件氣氛氧氬混合氣體O2∶Ar=1∶2～4 總壓60～65Pa功率電流為0.2～0.7A電壓為150v～170v基片溫度750～770℃時間10～20h速率0.005～0.01nm/s(4)后處理工序濺射完后關(guān)掉Ar氣，樣品在氧等離子體中降溫至390℃～440℃后充入6～8×104Pa純氧，保溫5～15分鐘后自然冷卻至100以下。
全文摘要
本發(fā)明屬釹鋇銅氧、(Nd
文檔編號H01B12/06GK1213864SQ9710770
公開日1999年4月14日 申請日期1997年10月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月7日
發(fā)明者李言榮, 徐進(jìn) 申請人:電子科技大學(xué)