MgB超导薄膜的制备及其性质研究

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自从2001年简单金属间化合物MgB<,2>的超导电性被发现以来,其超过传统BCS理论框架的超导转变温度和优异的超导特性立即引起了超导物理学界的关注,人们对这种神奇材料的认识也在不断的深入,对其实际应用的开发也日新月异。 本论文研究中,采用化学气相沉积(CVD)加后退火的异位两步生长的方法和双温区原位混合物理化学气相沉积(HPCVD)一步生长的方法,在Al<,2>O<,3>多晶基片上成功地制备出大面积MgB<,2>超导薄膜,通过多种实验测量确定了其超导特性。制备的两步法薄膜样品面积达到6.5cm×5.0cm,一步法薄膜样品面积为2.0cm×1.0cm。主要论文工作总结如下: 1、采用化学气相沉积加后退火的异位两步生长方法在面积达6.5cm×5.0cm的多晶Al<,2>O<,3>抛光基片上成功制备出MgB2超导薄膜,用标准四引线电阻测量法测量了R-T曲线,起始转变温度达到39K。测量了样品的SEM表面形貌、利用X-ray衍射(XRD)分析物相、X射线光电子能谱(XPS)分析表面成分和超导量子干涉仪MPMS(SQUID)进行磁性测量,得到了薄膜样品磁矩曲线(M-T)和磁滞曲线(M-H),经毕恩模型计算发现样品的临界电流密度可达3×10<7>A/cm<2>以上,是目前报道的最大值。说明化学气相沉积的方法制备大面积MgB<,2>超导薄膜在技术上已经达到实用化的要求。 2、在原有化学气相沉积制备MgB<,2>超导薄膜工艺的基础上,开发了双加热器原位制备MgB<,2>超导薄膜的技术和工艺,在多晶A<,2>O<,3>基片上制备的超导薄膜超导转变温度T<,c>可达38.5K,△T<,c>为0.5K。测量了样品的SEM表面形貌观察、X-ray衍射(XRD)物相分析、X射线光电子能谱(XPS)表面成分分析和利用超导量子干涉仪(SQUID)进行的磁性测量,得到了薄膜样品的磁滞曲线,经计算发现样品的临界电流密度可达10<5>A/cm<2>,也达到了集成电路实现超导互连应用的水平。 3、初步讨论了MgB2超导薄膜在集成电路上的应用前景,结合异位退火两步制备和原位一步制备这两种工艺技术,在制备多层超导薄膜、制造新型超导器件、实现集成电路超导多层互连布线等方面有重要意义。
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