双面YBCO高温超导薄膜的研制及在微波谐振器中的应用

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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。
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