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分子束外延法制备Bi-2212超导薄膜及其生长机制的研究

作　者: 王晶晶
导　师: 祁阳
学　校: 东北大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: Bi系分子束外延 Bi-2212 高能电子衍射生长机制衬底材料 Seebeck效应
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 23次
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内容摘要

近年来,随着微型制品和高密度集成电路的迅速发展,薄膜材料的应用日益广泛。同时,超导薄膜以其超导态时响应速度快,灵敏度高,处理速度极快等优点成为超导电子器件的新宠。同时,其在临界状态的突变特性可用于识别微弱信号、其极小的微波表面电阻,可制成多种高性能的电子器件,这些都被应用于各种领域。因此,保证电子器件的优异性能,制备高质量的超导氧化物薄膜显得尤为重要。而在目前被广泛研究的高温超导体系中,Bi系(Bi-Sr-Ca-Cu-O)高温超导有着其他超导体不可比拟的优势：Bi系超导体中不含稀土或有毒元素,相干长度短,各向异性比高,二维特性强,且其自身的多层结构形成本征约瑟夫森结。这些特性有些已被用于相应的超导器件,有些也已经被引起大家的关注与研究。但是,Bi系超导体结构复杂,属于类钙钛矿型多层结构,由于晶体内氧含量非化学剂量比,非公度调制结构、阳离子的无序分布以及大量的缺陷。这就使得Bi系薄膜的制备成为一个难题。因此,制备高质量的Bi-2212薄膜具有非常重要的研究价值和应用价值。本文采用分子束外延法,在不同生长条件下,不同氧化物基片上制备了BSCCO系列薄膜。在寻找其最佳生长条件以及提高薄膜质量等方面展开研究。首先,原位高能电子衍射仪(RHEED)观察薄膜生长前氧化物衬底的状态,以及薄膜生长初期的状态,然后采用不同的生长条件制备薄膜。发现在MgO(100)单晶衬底上外延生长Bi-2212薄膜时,当衬底温度为699℃,重氧分压为2.2×10-4pa时,相纯度最高且结晶质量良好。降低衬底温度有利于形成核心细小,连续致密的薄膜。同时发现,当重氧分压与薄膜成分等条件不改变时,升高衬底温度,Bi-2212相有转变为Bi-2223相的趋势,降低衬底温度,Bi-2212有转变为Bi-2201相的趋势。其中,Bi-2201相稳定性最高。Bi-2212,与Bi-2223均为亚稳相。选择了STO(100)单晶衬底在衬底温度为699℃,重氧分压为2.2x 10-4Pa条件下生长Bi-2212薄膜,与MgO衬底生长的Bi-2212薄膜作对比,发现当错配度减小时,薄膜的相纯度与薄膜的结晶质量得到改善。由于Bi-2212薄膜具有显著的各向异性,各向异性比ξab(0)/ξc(0)=30～60。欲后期研究其Seebeck效应,我们在LaAlO3倾斜衬底上制备了Bi-2212薄膜。本实验对Bi-2212生长条件和生长机制研究,可以成为制备更高质量的Bi-2212薄膜的基础。

分子束外延法制备Bi-2212超导薄膜及其生长机制的研究

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