YBCO高温超导薄膜的溅射法快速制备研究

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YBa2Cu3O7-δ(YBCO)高温超导薄膜凭借其优异的性能在电力电网、移动通讯、军事国防等领域都具有极其广阔的应用前景和使用价值。为了推动YBCO薄膜的大批量产业化生产,本论文以保证薄膜质量为前提,提高沉积速率为目的,展开了YBCO高温超导薄膜的溅射法快速制备研究,主要包括以下几方面:1.溅射法快速镀膜设备的设计:通过缩小靶基距和采用平面靶两种方式实现沉积速率的提高,多工位夹具实现多片膜同时制备以提高薄膜的制备效率,靶材盒型结构的设计和基片公自转相结合的运动方式保证了大面积薄膜的面内均匀性。2.模拟计算了小靶基距盒型靶溅射薄膜的厚度分布,分析结果显示:盒型靶溅射的沉积速率由靶中心部位向两侧递减,并且随着靶基距的增大,膜厚均匀性得到改善,但薄膜的沉积速率降低;较高气压下溅射时的膜厚均匀性要优于低气压溅射的膜厚均匀性。3.对静止基片的膜厚分布进行了实验研究,结果表明:在沉积速率较低时,膜厚分布模型的模拟结果与实际膜厚分布结果基本相符;但当沉积速率较快时,实验数据显示薄膜厚度在靶材的中心部位比其附近两侧偏低,这与模拟结果不同,此差异源于理论模拟时忽略了盒型靶各个面的平面靶的溅射粒子之间的相互影响。4.使用自行设计的溅射法快速镀膜设备制备了2英寸双面YBCO高温超导薄膜样品,对样品的均匀性分析表明:薄膜的面内均匀性良好,但两面的性能存在一定的差异,这主要是由于难以保证两个靶材的溅射状态完全相同;同时在沉积速率上,设计的快速溅射法使得每片薄膜的平均制备时间缩小为原来的三分之一。5.采用溅射法制备了YBCO超导薄膜,计算了YBCO薄膜中的位错密度,并研究了位错密度与自场下YBCO薄膜临界电流密度(Jc)之间的关系,结果表明:YBCO薄膜在自场下的临界电流密度对螺旋位错密度比对刃型位错密度更加敏感,这主要是由YBCO薄膜的螺旋生长机制引起的。
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