用具有单晶硅辐射基片加热器和活性氧发生器的激光淀积系统制备双面YBa_2Cu_3O_(7-δ)超导薄膜

超导微波器件是高温超导薄膜的重要应用之一,尤其是使用YBa_2Cu_2O_(7-δ)(YBCO)高温超导薄膜制作无源微波器件,例如超导微带谐振器、滤波器、超导天线、超导延迟线等,更受到各国有关研究组的重视,而且发展很快.这类器件的核心部件是一块刻成特定图形的YB-CO超导薄膜,在薄膜的另一面放置另一块低电阻率的金属薄膜或超导薄膜做为接地电极.这种结构的微波器件虽然取得了很大进展,但是仍然因为基片的微变形或金属电极的电阻而使器件的损耗较大,这种由于非理想接地电极引起的损耗可能占到总损耗的30%.如果用双面超导薄膜制作微波器件则这种损耗可以消除.因而,使用双面超导薄膜制备超导微波器件是进一步降低微波损耗的重要途径.从90年代初到现在国际上一些先进的实验室一直进行制备双面超导薄膜的研究,并在美、日、德等国的一些实验室获得成功.制备双面超导薄膜的方法有多种,如脉冲激光淀积(PLD)法、MOCVD法、共蒸发法和溅射法等.在这些方法中脉冲激光淀积法因为有其独特的优点而倍受重视.采用激光法制备双面高T_c超导薄膜的关键之一是基片的非接触加热技术.目前常被采用的非接触加热方法有3种:1.卤素灯加热,2.空腔加热,3.二氧化碳激光加热.以上3种加热方法都存在着各种不同的缺点,例如结构复杂,使用不便     

反应离子束镀膜制备高T_cY-Ba-Cu-O超导薄膜

一、引言 自1986年IBM苏黎士研究实验室Bednorz和Müller发现Ba—La—Cu—O高T_6超导氧化物后,高温超导发展迅猛。在弱电应用方面最有前景的氧化物超导薄膜尤其如此。目前,制备氧化物超导薄膜主要有两种方法:一是电子束蒸发,如IBM的Chaudhari等用三枪电子束共蒸Y、Ba、Cu,退火后获得零电阻为90K的Y—Ba—Cu—O超导薄膜,电流密度高达10~5A/cm~2(77K);国内北京大学物理系用电子束分层蒸发也获得了零电阻为84K的YBaCuO超导薄膜。另一种方法为溅射沉积。日本的Enomoto等和中国科学院物理研     

超导材料的发展推动着新的工业革命

随着Y(或La)-Ba-Cu-O系陶瓷高温超导材料的问世,自1986年下半年起,在世界范围內出现了一股超导热芯抗ぷ髦饕秩龇矫娼?一是继续寻找具有更高的零电阻转变温度的新型超导材料,二是研究(?)料的结构并探索其具有高温超导性的机理,三是实际应用研究。前一阶段,关于超导材料研究工作进展的报道多侧重于前两方面,对其实际应用则报道甚少,但研究新型材料的目的归根结蒂在于应用。为此,本文介绍了日本经济杂志“DIAMOND”最近连续发表的有关超导材料的实际应用的三篇报道,从中可以看出,超导材料尤其是高温超导材料的发展如何推动新的工业革命不断前进,它们在某些领域的实际应用已不是遥远的将来而就在眼前。     

利用离子束技术原位制备高温超导薄膜

超导薄膜是高温超导材料弱电应用的关键技术。目前磁控溅射(包括直流和射频)和激光淀积方法已被广泛应用获得高温超导薄膜。相比这两种常用制膜方法,离子束溅射(IBS)具有独特优势。IBS工作气压很低,靶与衬底间不存在外加电场,减少了薄膜中杂质,消除了普通等离子体溅射方法中负离子反溅射有害效应。同时也不存在激光淀积薄膜均匀性差、薄膜中颗粒较大等缺点,是一种很有发展前途的制膜手段。利用离子束技术后退火制备性能较好的     

第2代高温超导YBCO涂层导体的发展及其应用

上世纪90年代末, 随着第1代高温超导材料的制备技术取得重大突破, 高温超导线材很快形成产业化生产能力, 极大地促进了超导应用技术的研究, 如高温超导电缆、高温超导限流器、高温超导变压器、高温超导电动机等已经进入示范运行阶段. 从应用角度讲, 高温超导带材必须达到以下几方面的要求: 可靠性高、成本低廉、柔性强度好以及较低的交流损耗, 才能被市场所接受. 第1代高温超导材料还很难满足上述条件, 因此, 第2代高温超导体——YBCO涂层导体成为目前各国竞相研究开发的焦点. 简要叙述了高温超导材料的发展现状及其在强电技术方面的应用, 重点评述了YBCO涂层带材的制备工艺及发展趋势.     

高温超导微带谐振器

超导转化温度高于液氮沸点温度77K的高温超导体刚一问世,国际上立即掀起了一场高温超导材料的研究热潮,以求研制出超导临界温度高、微波表面电阻R_s小、超导性能稳定的高温超导体.经过几年的努力,某些高性能高温超导材料的研制已日趋成熟,且逐渐步入实用化阶段.在微波领域里的应用是高温超导材料应用的一个重要方面.高温超导微带谐振器具有Q值高、体积小、重量轻的突出优点而倍受重视,它不仅可作为微波器件(如低相噪高温超导振荡电路的选频器件)使用,而且还可用来研究超导薄膜或介质衬底材料的微波性能.1 设计原理根据电磁理论,微带谐振器的无载品质因数Q_o有如下关系:式中Q_c为表征导体Ohm损耗的品质因数,Q_ε为表征介质衬底材料微波损耗的品质因数,Q_r为表征辐射损耗的品质因数.根据定义,Q_o还可表示为Q_0=ω_0W_0/P,(2)式中ω_o为谐振角频率,W_O为谐振器的总储能,P为谐振器的总耗能,即     

超导晶体管

美Sandia国家实验室和威斯康星大学的科学家和工程师们通力合作,已研制出一种由新的高温超导材料制成的晶体管,命名为超导磁通流晶体管(SFFT)。 SFFT超导晶体管是完全由新的高温超导材料制成的第一代超导晶体管,它是由以铊为基的薄膜型高温超导材料——铊-钙-钡-铜-氧制成,试验表明,这种超导材料效果极佳,在125K以下失去电阻,具有较高的临界电流,且能容易地加工成各种元件。     

铁基超导材料制备研究进展

超导现象于1911年首次被发现, 此后科学家们一直都在寻找拥有更高临界温度的超导材料, 研究重点也逐渐从金属系物质转到铜氧化物. 目前, 物理学界对高温超导机制仍未形成一致看法, 研究人员希望在铜氧化物超导材料以外再找到新的高温超导材料, 以期从新的途径来破译高温超导机理. 2008年初, 日本学者发现了临界温度可以达到26 K的新型超导材料—— LaO_1-xF_xFeAs, 这一突破性进展开启了科学界新一轮的高温超导研究热潮. 随后, 科研人员在这一体系中展开了积极的实验和理论研究. 中国科研机构, 特别是中国科学院, 迅速开展了卓有成效的研究工作, 在新一轮的高温超导研究热潮中占据了重要位置. 铁基超导材料的研究正在持续升温, 新的发现层出不穷. 本文按照体系分类, 以时间顺序, 分别对铁基超导材料的四大主要研究体系(“1111”体系、“122”体系、“111”体系和“11”体系)的具体材料制备研究进展进行了分析, 比较全面地介绍了各种铁基超导材料的合成方法及其关键物理参数.     

超导材料研究的10年计划

最近,日本通产省正式决定推出“下一代产业基础技术研究开发体制”的新课题,即超导材料、超导元器件研究开发的基本计划. 该计划是以高温超导为主题,探索在较高温度下显示超导特性的新物质,进而在高温超导物质材料化和超导计算机等方面,开发所需要的超导元器件.按     

YBaCuO超导薄膜90°晶畴的X射线衍射研究

高温超导体在电子学方面的实际应用主要归因于高质量超导薄膜的制备。与Bi系,TF系的薄膜相比,YBaCuO体系薄膜的性能最好。目前制膜的方法有DC磁控溅射、激光沉积、金属化学气相沉积、分子束外延和电子束蒸发等。采用前两种方法得到的Y系薄膜的临界温度和临界电流密度一般分别为90K和10~6 A/cm~2(77K)。然而,当加入一定的磁场之后,临界电流密度迅速下降,因此,高温超导材料在强电下的应用仍有一定的困难。     

掺V2O5的YBa2Cu3O7-δ体系的成相研究

自从高温超导氧化物出现以来,在材料中引入不同元素一直是人们探索高温超导机理、改善材料性能和寻找新型超导材料的重要途径。最近冯勇在研究高价氧化物掺杂对淬火YBa_2Cu_3O(7-δ)(简称YBCO,0≤δ≤1)材料性质的影响时发现,掺适量V_2O_5的YBCO材料(V_2O_5重量比x不超过0.05)具有一种独特性质,即样品经900℃淬火仍具有T_c为88K的超导电性。这个实验事实和该材料从900℃以上淬火后生成不超导的四方相结构,必须在氧气中退火或慢速(如1℃/min)冷却,在600～800℃之间吸收足够的氧,完成由四方到正交相的转变才具有高温超导电性是完全不同的。掺V_2O_5的YBCO材料的这种特性使在Y系材料的制备过程中不必经过在氧气中退火,而采用适当掺入V_2O_5淬火的方法直接获得超导性能良好的材料成为可能。这对薄膜材料的制备是非常有利的,因为长时间的热处理会造成衬底与薄膜材料间的扩散,从而导致材料T_c下降甚至失去高温超导电性。对于这样一个具有重要应用前景的掺杂体系,进一步研究掺V_2O_5对其微结构、成相和超导电性等方面带来的影响是很有意义的。本文利用X射线衍射和Raman散射着重对该材料的物相结构和相成分进行了研究。     

超导实用的关键

一年多来,氧化物陶瓷高温超导不断取得突破。现在Y_1Ba_2Cu_3O_y(钇钡铜氧)陶瓷在90K下具有稳定的超导性质已确认无疑。因此,液氮温度下超导的实用,便取决于如何把这种较脆的氧化物陶瓷加工成线材、带材、薄膜等。下面介绍新涌现出来的超导材料三种加工方法。拉伸加烧结制造多芯线现在使用的线材加工方法,多系把Y_1Ba_2Cu_3O_y粉末填入Ag管(套管)中,然后通过拉伸将其拉制成细的线材。所用的高温超导材料芯线也都是一根单线。     

分子束外延硒化铁薄膜的超导电性

铁基超导体是继铜氧化合物高温超导体之后于2008年被发现的一类新型高温超导材料.在所有铁基超导体中,β-Fe Se因具有最简单的化学组分和结构而被认为是探索超导机制的理想体系.借助于半导体工业中成熟的分子束外延生长技术,研究者实现了对Fe Se超导薄膜生长、形貌和组分在原子水平上的精确控制,并在此基础上深入研究了其超导性质.最近研究者又把Fe Se薄膜的分子束外延生长拓展到Sr Ti O3(001)衬底,发现单层Fe Se/Sr Ti O3体系的超导转变温度有超过77 K的迹象.这些研究成果为解决高温超导体的配对机制以及进一步提高超导转变温度提供了全新的途径和思路,引起高温超导和材料科学等领域的广泛关注.     

Ar离子注入YBa_2Cu_3O_(7-x)超导薄膜引起的结构相变

自从高T_C氧化物超导体发现以来,已经成功地用各种方法制备出了具有很高临界电流密度J_c的YBa_2Cu_3O_(7-x)高温超导薄膜,这为高温超导体在微电子学领域中的应用奠定了基础。离子注入技术作为材料改性和基础研究的一种手段在材料科学中已经得到了广泛的应用。YBo_2Cu_3O_(7-x)高温超导材料,由于其超导电性对化学无序和结构无序都非常敏感,离子注     

强磁场用第二代高温超导带材研究进展与挑战

强磁体应用是高温超导材料研究的最大驱动力之一.最近基于REBa2Cu3O7-δ(RE123)涂层导体的超导磁体的中心磁场达到了26.4 T,为目前全高温超导磁体的最好水平,超过NbTi-Nb3Sn基超导磁体极限;同时,在低温超导背景场中内插17 T的第二代高温超导(2G-HTS)带材磁体实现了32 T的全超导磁体,打破了该类磁体磁场强度的世界纪录.这些强磁场技术的突破正是基于高温超导材料的进步,充分显示了高温超导材料在强磁场应用中的诱人前景.然而高温超导磁体技术能否得到进一步发展与广泛应用,还取决于高温超导材料的基础性能、成材效率和性价比的改善和提升.本文将介绍第二代高温超导带材及其磁体应用技术的国内外发展现状,主要包括第二代高温超导带材的技术路线、我国低成本化学法产业化发展情况、人工磁通钉扎技术和磁场下传输性能的提高、超导厚度诱导的临界电流密度下降以及焊接、机械性能等强电应用相关的关键科学和技术问题等.     

溶胶-凝胶法制备Ag/SiO_2玻璃初探

60年代初期人们发现,贵金属(Ag,Au等)超微粒分散在绝缘衬底上所形成的薄膜具有半导体材料的电学特性.后来,Mazzetti等人发现这种薄膜对某些气体具有敏感功能,因而用其来探测气体的存在,从而使其成为一类独特的气敏功能材料,这类薄膜主要是采用真空蒸镀法制作而成,热稳定性较差,所以在实际应用中受到了很大的局限.为此,Komiyama等     

高温超导滤波器及其应用研究进展

高温超导材料的微波表面电阻比铜等金属小将近3个数量级,所以自从高温超导材料发现以来,人们就开始了高温超导微波滤波器的研究,并研制出了各种各样具有低损耗、高选择性、优异的带内群时延特性等性能优异的高温超导滤波器.与此同时,高温超导滤波器的应用研究也取得长足进步.目前,由高温超导滤波器、微型斯特林制冷机及半导体低噪声放大器等组成的高温超导微波前端子系统已经在移动通信、雷达、深空探测和卫星通信等多个领域获得应用并取得了显著的经济和社会效益.近年来,高温超导滤波器的研究也在不断地向新的方向拓展,在大功率承载能力、多通道器件、可调频率滤波器以及全超导接收机等领域取得显著进展.本文对高温超导滤波器的研究现状和应用进展进行总结,并对高温超导滤波器及微波应用的研究发展趋势进行展望.     

YBa_2Cu_3O_(7-x)薄膜的临界电流密度J_c(T,H)

高温超导体薄膜无论在基础研究方面还是在高温超导体的应用方面都有十分重要的意义。临界电流密度是应用的关键参数,而且影响临界电流密度的磁通钉扎机制还不清楚,因此制备高质量的薄膜,研究其临界电流密度特点,对超导薄膜的应用和对磁通钉扎机制的理解是     

用激光扫描方法改善超导薄膜的厚度均匀性

随着高T_c超导薄膜的成功制备,人们开始着眼于它的实际应用.目前,超导薄膜最有可能得到应用的一个重要方面是微波器件.但微波器件通常要求超导薄膜的厚度均匀面积大于几个平方厘米.因而制备膜厚均匀的大面积高T_c超导薄膜是当前的一个重要的研究课题.至今为止,人们采用了各种镀膜技术来制备大面积超导薄膜,如激光消融技术磁控溅射、化学气相淀积等.文献[1,2]指出,如果不采取适当的措施,激光淀积超导薄膜的厚度分布是极不均匀的,这是因为激光在超导靶上消融的粒子束高度集中在激光消融点靶面法线方向上一个狭窄的区域内.但可通过基片扫描或旋转来改善激光波积的超导薄膜的厚度     

不同溅射条件对超薄外延氮化铌薄膜超导性能的影响

氮化铌(NbN)由于其较高的超导转变温度、较窄的转变宽度以及良好的稳定性一直被广泛地应用于低温超导器件中.因此,生长高质量的超导Nb N薄膜是制备高性能薄膜超导器件的关键及难点.本文主要介绍了利用磁控溅射法在氧化镁(MgO)100基底上生长厚度为5 nm的超薄超导外延NbN薄膜,并系统分析了溅射参数对薄膜性能的影响.实验结果表明,在合适的氮氩比或功率下,高真空、高溅射温度、低工作气压与NbN薄膜超导转变温度成正相关.采用综合物性测量系统(physical property measurement system, PPMS)进行电学分析,所制备的NbN薄膜超导最高转变温度为12.5 K.该工作为进一步研究超薄NbN薄膜的生长提供了理论指导,也为后期在其他基底上制备NbN超导器件提供了基础.