杨 帆,赵睿鹏,陈 曦,黄 涛,陶伯万

(电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川 成都 610054)

第二代高温超导(REBCO,RE 为稀土元素)带材具有强载流能力、稳定的机械性能以及优异的电磁特性,在风能、传输电缆、超导发电机、限流器以及强磁场等各领域展现出巨大的应用潜力[1-7],随着对REBCO 带材研究的不断推进,现已从实验室进入了商用阶段。目前,REBCO 带材的大规模应用对其性价比和生产效率提出了更高的要求,而REBCO超导层的制备是带材制备工艺最关键的步骤,因此如何在保证超导层性能的前提下,提高超导层的沉积速率仍是研究的重点之一。

目前国际上制备REBCO 薄膜采用的主要技术包括脉冲激光沉积技术(Pulsed Laser Deposition,PLD)、金属有机沉积技术(Metal Organic Deposition,MOD)、反应共蒸发技术(Reactive Co-Evaporation,RCE)以及金属有机化学气相沉积技术(Metal Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)[8-12]。Chepikov 等[13]采用PLD 技术制备得到1.3 μm 的Sn 掺杂GdBCO 薄膜,并通过调节激光脉冲的频率,将沉积速率从375 nm/min 提高到750 nm/min,但其临界电流密度(Jc)也相应从1.6 MA/cm2恶化到0.8 MA/cm2。PLD 技术采用了准分子激光器,激光光斑大小受限,尽管可以提高激光脉冲频率,但提高程度仍然受到一定的限制;Rupich 等[14]基于TFA-MOD 技术,通过改进工艺参数,将YBCO 薄膜的生长速率提高到300 nm/min,得到300 nm 的YBCO 薄膜,其Jc为1.34 MA/cm2。采用MOD 技术沉积较厚的YBCO 薄膜,要得到非常致密的结构比较困难,同时在沉积薄膜过程中可能产生对环境有危害的副产物;Matias 等[15]在离子辅助沉积(Ion-Beam-Assisted Deposition,IBAD)的双轴织构MgO 模板带材上采用RCE 技术沉积得到2 μm 厚的YBCO 薄膜,其沉积速率达到360 nm/min,但这种技术对设备要求高,工艺控制也较为复杂。……