激光化学气相沉积法制备YBa2Cu3O7-δ超导薄膜
2018-10-24吴慰,张琼,苏轼,赵培
吴 慰,张 琼,苏 轼,赵 培
武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北 武汉 430205
第二代高温超导材料YBa2Cu3O7-δ(YBCO)自1987年发现以来[1-3],在世界范围内便受到了广泛关注。YBCO材料具备临界电流密度(critical cur⁃rent density,JC)高、临界温度(Current temperature,TC=93 K)高和交流损耗低等优异特性,且相比于第一代钇系高温超导材料(Bi-Sr-Ca-Cu-O,TC=110 K),YBCO的制备使用哈氏金属基带取代银包套,成本更低,同时在高磁场环境中YBCO仍具有很好的载流性能[4-5],因此受到世界各国重视并投入大量资源进行研究。目前YBCO高温超导材料主要应用于强电、微波、红外、弱磁场探测和开关元件等领域[6-8]。
现国内外制备YBCO超导薄膜的方法主要有脉冲激光沉积法(plused laser deposition,PLD)[9]、蒸发法(evaporation)[10]、磁控溅射法(magnetron sputtering)[11]、三氟 乙 酸 盐-金 属有 机 物 沉 积 法(TFA-MOD)[12]、金属有机化学气相沉积法(metalorganic chemical vapor deposition,MOCVD)等[13-16]。相比于其他的制备方法,MOCVD法因具有薄膜覆盖均匀、可控性高、适合大面积制膜且设备相对简单和沉积速率较高等特性在工业领域应用较广。同时,在MOCVD方法的基础上,利用激光、等离子体和磁场等辅助技术,可有效提升薄膜沉积速率及薄膜质量。在这些辅助技术中,激光化学气相沉积法(laser chemical vapor deposition,LCVD)是利用光能使气体分解并促进表面反应的一种成膜方式[17-22],激光辅助的作用主要分为两方面:热效应和光效应。热效应是利用激光照射到生长层为薄膜生长提供了热量,从而大幅降低薄膜沉积所需温度,同时激光照射在生长面上形成穿透层,为薄膜的生长面提供均匀的热场,有效避免了厚度效应,制备的薄膜取向好,缺陷少。光效应是利用激光的激化作用,使反应气体分子直接吸收光子转化为振动能量从而被激发,降低了反应所需的活化能,大幅提高了薄膜沉积速率。……
