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双面YBCO高温超导薄膜的研制及在微波谐振器中的应用

作　者: 罗安
导　师: 李言荣；刘兴钊
学　校: 电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: YBCO 高温超导薄膜 谐振器 Disk Resonator
分类号: TN629.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2001年
下　载: 157次
引　用: 4次
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内容摘要


本文采用单靶倒筒式直流溅射技术，结合辐射式加热装置，设计了一种全新的二维旋转方式，实现了在直径2英寸LaAlO3（100）单晶基片两面同时溅射沉积薄膜，成功的制备出了低微波表面电阻（Rs）、双面一致性好的双面YBa2Cu3O7-6（YBCO）高温超导（HTSC）外延薄膜，其Tc0＞90K，△Tc＜1K，Rs（77K，10GHz）＜1mΩ，可以满足无源微波器件的应用要求。 首先，我们通过对辐射式加热炉进行合理设计，基片在辐射式加热器中连续翻转，使得基片两面同时沉积薄膜，两面膜均匀一致。通过大量的优化工艺实验，确定了适合制备C轴取向外延薄膜的最佳工艺条件为：Ts=805℃，Ptotal=35Pa，d=55mm，P02:PAr=1:2，在650～700℃下进行保温处理并缓慢降温。逐步放大基片尺寸到2英寸，最终在直径2英寸的LaAlO3（100）双抛单晶基片上制备出高质量的c轴取向外延薄膜，薄膜两面性能达到Tc0=89～92K，△Tc=0.2～0.4K，两面薄膜的Rs分布为：90％的测试点的Rs分别小于36.5mΩ和49mΩ（144.8GHz，77K）或0.17mΩ和0.23mΩ（10GHz，77K），是目前有关文献报道的最好结果之一。 论文工作的后期，对一种二维结构的高温超导谐振器--DiskResonator进行了初步研制。针对腐蚀和去胶两个环节，对超导薄膜光刻工艺进行了优化。制作出了原型器件，测试其性能参数，并从理论上对谐振器的电磁场分布和特性参数进行了分析，对谐振频率f0和品质因子（?）进行了详细讨论，分析了影响其特性参数的诸多因素，提出了进一步的改进措施。为进一步通过微波谐振器研究YBCO高温超导薄膜的功率负载特性和非线形效应打下了一定的基础。

全文目录


第一章 概述  6-19
  1-1 超导材料研究的现状和意义  6-10
  1-2 高温超导薄膜的制备方法  10-12
  1-3 双面、大面积超导薄膜的制备方法  12-15
  1-4 高温超导薄膜国内外研究现状  15-17
  1-5 本论文研究的目的、内容和目标  17-19
第二章 实验基本原理及实验装置的设计  19-35
  2-1 直流溅射原理及溅射装置简介  19-23
    2．1．1 直流溅射原理  19-20
    2．1．2 倒筒式直流磁控溅射法简介  20-23
  2-2 加热器系统、基片夹具及旋转系统  23-27
    2．2．1 加热器设计  23-26
    2．2．2 基片夹具的设计  26
    2．2．3 基片旋转系统的设计  26-27
  2-3 衬底基片的选择与清洗  27-30
    2．3．1 衬底基片的选择  27-29
    2．3．2 基片的清洗  29
    2．3．3 热处理方法的选择  29-30
  2-4 YBCO薄膜的性能测试和微观分析  30-35
第三章 小面积双面YBCO超导薄膜的制备  35-48
  3-1 引言  35
  3-2 双面YBCO超导薄膜制备工艺及溅射条件  35-37
  3-3 实验结果及分析讨论  37-47
    3．3．1 基片温度Ts对薄膜性能的影响  37-40
    3．3．2 靶基距对成膜的影响  40-41
    3．3．3 溅射气体总压、氧分压、热处理过程对薄膜性能的影响  41-44
    3．3．4 薄膜双面一致性讨论  44-47
  3-4 小结  47-48
第四章 大面积双面YBCO双面超导薄膜的研制  48-59
  4-1 引言  48-49
  4-2 具体实验方法  49-50
  4-3 实验结果与分析讨论  50-58
    4．3．1 温度均匀性分析  50-51
    4．3．2 大面积薄膜膜厚均匀性分析  51-55
    4．3．3 大面积薄膜超导转变温度及微波表面电阻分析  55-58
  4-4 小结  58-59
第五章 大功率高温超导微波谐振器Disk Resonator研制  59-76
  5-1 引言  59-60
  5-2 基本原理及发展现状  60-64
    5．2．1 传统结构的平面微带线、带状线器件  60-61
    5．2．2 宽刻蚀线条平面微带线滤波器及Back-Side耦合方式  61-62
    5．2．3 圆片状谐振器（Disk Resonator）  62-64
  5-3 实验过程  64-67
    5．3．1 YBCO薄膜的光刻工艺  64-65
    5．3．2 谐振器基本结构  65
    5．3．3 Disk Resonator性能测试  65-67
  5-4 Disk Resonator设计结果分析  67-75
    5．4．1 光刻工艺讨论及光刻前后薄膜性能分析  67-70
    5．4．2 谐振模式和谐振频率理论分析  70-73
    5．4．3 无载品质因子Q_0分析  73-75
    5．4．4 输入输出耦合讨论  75
  5-5 小结  75-76
结论  76-77
参考文献  77-80
致谢  80-81
在读期间发表的论文  81

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 电子元件、组件 > 微波传输控制元件 > 空腔谐振器
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