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本文首次成功地采用双加热器混合物理化学气相沉积MgB2超导薄膜,因为B2H6的分解温度(460℃~600℃)、Mg源的熔融温度(648℃)、以及Mg蒸气与B蒸气的反应生成MgB2的温度不同;采用双加热器,可以进一步减少MgB4,MgB7等杂质相的生成,在控制杂质上,这种方法取得了较好的效果。在衬底温度分别为740℃、760℃、780℃和800℃的条件下制备了MgB2超导样品,其中在衬底温度为740℃和800℃的两块样品不具有超导电性,衬底温度为760℃和780℃的两块样品具有超导电性,但是衬底温度为760℃的样品其晶粒较大,结晶化程度不高,表面比较粗糙,晶粒间有孔隙,超导性质不稳定。在低温电阻测试系统中,发现了一个非常奇怪的现象:当温度降低到144.47K的时候,电阻发生较大幅度的降低,当温度降低到121.86K时,此时电阻降低为最小值为4.603328×10-3Ω。直到118.31K时,电阻值才开始上升为0.1845664Ω,然后电阻继续上升,直到稳定在1.5左右。该样品开始转变温度为21.37K,零电阻温度为16.97K,转变宽度为4.4K,远低于MgB2的理论值39K.样品三(衬底温度为780℃)具有良好的超导电性,在整个低温系统测量过程中,样品的电阻比较稳定,起始转变温度为28.56K,零电阻温度为24.68K。其转变宽度为3.88K。转变宽度相对较小,但临界温度较低。两块具有超导电性的MgB2超导薄膜的超导转变温度都比较低,这是由于系统的各种实验参数还不够优化的结果。比如衬底温度、气流量、气压等。这些条件对沉积MgB2超导薄膜的质量具有很大的影响。结果表明这种方法能够制备大面积的MgB2超导薄膜。并且本文所用的双加热器混合物理化学气相沉积一步法与当前的微电子工艺相兼容,有利于实现MgB2超导薄膜在微电子器件方面的应用。
另外,本文在四引线法的基础上,用Q-basic语言编程对整个低温临界温度自动测量系统进行自动控制。为了保持电流与电压的同步,采取了外部同步,即根据2182纳伏表和2400电流表的延迟,在程序中利用一些空循环以达到同步,取得了理想的效果。这种方法的优点:减少甚至消除了热电压误差,在典型的实验室环境下控制来自电磁场的噪音,测量的每一个细节都是自动化的,整个系统有0.1μΩ的灵敏度和0.01μΩ的最大分辨本领。