液氮溫區超導薄膜及其製備方法
2023-05-07 12:30:51 1
專利名稱：液氮溫區超導薄膜及其製備方法
技術領域：
本發明屬於超導薄膜製備工藝。
本發明前，共源蒸發、化學氣相沉積、反應濺射、吸氣濺射等制膜工藝，製備出來的薄膜必需在液氦溫區使用。在1987年2月報導了液氮溫區超導材料，見參考文獻，「科學通報」VOl、32，NO.6(1987)412，這種超導材料不是薄膜，不實用。
本發明目的在於製備液氮溫區超導薄膜，採用的直流(或射頻)磁控濺射法。
本發明製備工藝如下採用450型濺射臺，化合物靶是按AxB5-xCu5O5(3-y)或AxB1-xCuO3-y體系構成的四元氧化物，其中A＝Ca，Sr，Ba;B＝Sc.Y，La;X＝0.5-0.6;Y＝0.5-1;後者體系X＝0.3-0.7。A、B表示元素的氧化物或硝酸鹽及碳酸鹽選用市售純度，按比例稱料，在瑪瑙缽中混合研磨，放在氧化鋁坩堝中置於管式爐中，在700-850℃時預燒3-8小時，隨後用油壓機，取壓強為1-2噸/Cm，壓鑄成型，再放在氧化鋁坩堝中置幹爐中，經850-1000℃燒結10-15小時，形成化合物靶。
靶呈黑色，尺寸為直徑60-65毫米，厚度3-5毫米。濺射室的背景真空度為1×10-5-1×10-6乇，惰性氣體Ar充至氣氛壓強為(2-8)×10-2乇。若附加充氧，可調節膜的氧含量。基片材料選用白寶石(Al2O3)、石英片、氧化鋯，基片加溫不加溫均可，加溫範圍為200-600℃。根據不同化合物靶，可選直流磁控濺射電壓為200-500V;射頻磁控濺射電壓為1.5-2KV。濺射時間為0.5-2小時，形成厚為0.5-1μm的膜。在700-950℃溫度範圍內熱處理，使膜的結晶完整，穩定薄膜性能。用電阻法或電感法可測量其超導電性。
本方法製備的薄膜在液氮溫區呈現超導，見實施例。這種超導膜可做微波腔，磁懸浮等導電膜，也可在電子器件上使用，如製作電磁波探測裝置，超導量子幹涉器件，Jophson器件和存貯器件。超導開關元件的開關時間預測可達到10-12秒以下，比目前所有器件的最快的開關速度高三個數量級。本發明工藝簡單，可重複，穩定性好。
實施例一Sr-La-Cu-O薄膜按Sr0.5La4.5Cu5O5(3-y)體系選用市售的SrO3.0674克，La2O343.3916克，CuO23.5410克原料，在瑪瑙缽中混合研磨，在800℃，預燒5小時，壓鑄成型，放於氧化鋁坩堝中置於管式爐中，經900℃燒結12小時，形成化合物靶。用450型濺射臺，直流磁控濺射法，濺射電壓為300-450V，其濺射室的背景系統真空度為1×10乇，用Ar離子濺射。氣氛壓強為(2-5)×10-5乇。基片為白寶石(Al2O3)，基片未加溫，濺射時間為1-1.5小時，形成0.5-1μm膜。隨後在700-800℃時，進行10分鐘熱處理。用電阻法或感應法均能測量出Sr-La-Cu-O薄膜的超導，起始轉變溫度為30K，中點轉變溫度27K，零電阻溫度14K。
實施例二Ba-Y-Cu-O薄膜化合物靶按Ba0.6Y0.4CuO3-y體系選用市售的BaCO321.9168克Y2O32.7864克，CuO4.908克原料，燒結方法同實施例一。採用射頻磁控濺射法，其電壓為1-2KV;基片加溫200-500℃;其他條件同實施例一，濺射形成的膜經900-950℃，最長時間不超過5分鐘熱處理。測得Ba-Y-Cu-O薄膜的超導起始轉變溫度為91K，中點轉變溫度為55K，零電阻溫度為40K。
權利要求
1.一種液氮溫區超導薄膜的製備方法，其特徵是壓鑄成型高溫燒結的化合物靶，直流(或射頻)磁控充氬濺射和熱處理工藝過程。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵是化合物靶按AxB5-xCu5O5(3-y)體系或按AxB1-xCuO3-y體系的四元氧化物製成，其中A＝Ca，Sr，Ba，B＝Sc，Y，La，X＝0.5-0.6，Y＝0.5-1，後者體系X＝0.3-0.7，選用市售純度的原料混合研磨，在700-850℃預燒3-8小時，取壓強為1-2噸/Cm。壓鑄成型，再經850-1000℃燒結10-15小時，化合物靶呈黑色，尺寸為直徑60-65毫米，厚度為3-5毫米。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵是濺射條件(1)濺射室的背景真空度為1×10-5-1×10-6乇，(2)Ar氣氛壓強為(2-8)×10-2乇，可附加充氧。調節膜的氧含量，(3)基片材料為白寶石(Al2O3)或石英片或氧化鋯，基片加溫範圍200-600℃，(4)直流濺射電壓為200-500V或射頻濺射電壓為1.5-2KV，(5)濺射時間為0.5-2小時。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵是在700-900℃溫度範圍內對膜進行熱處理。
5.一種薄膜，其特徵在液氮溫區，呈現超導，可用電阻法或電感法測量其超導電性。
6.根據權利要求5所述的薄膜，其特徵在於膜的厚度為0.5-1μm。
全文摘要
本發明的液氮溫區超導薄膜製備工藝，按A
文檔編號C22C29/12GK1032087SQ87102739
公開日1989年3月29日 申請日期1987年4月15日 優先權日1987年4月15日
發明者趙柏儒, 王會生, 陸勇, 史引煥, 趙玉英, 李林 申請人:中國科學院物理研究所