YBCO/Y2O3多层结构的制备及性能研究

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YBa2Cu3O7-δ(YBCO)高温超导薄膜凭借其优异的物理性能,被认为是最有应用前景的高温超导材料之一,不仅在强电领域具有诱人的前景,而且其在弱电领域已经实用化。利用YBCO薄膜制备的异质结构是制备超导量子干涉器件、超导计算机等微电子器件的基础,在微波探测、集成电路、精密测量等很多方面都有非常广阔的应用前景。  本文采用低氟溶胶-凝胶工艺制备YBCO薄膜,研究了Y2O3缓冲层对YBCO薄膜微结构以及超导性能的影响。Y2O3缓冲层可以增强YBCO薄膜的外延生长特性,提高薄膜表面质量。同时,YBCO薄膜的超导性能也得到一定地提高,临界转变温度达到91.8 K,临界电流密度达到1.16 MA/cm2。通过研究不同厚度Y2O3缓冲层对YBCO薄膜的影响,发现当Y2O3薄膜厚度约为30 nm时,其增强效果更加明显。  在此研究基础上,采用相同工艺制备了结构为YBCO/Y2O3/YBCO的SIS型隧道异质结。构成SIS隧道异质结的超导层YBCO薄膜c轴生长取向明显,薄膜表面质量良好。对SIS型隧道异质结的进行超导电学性能测试,表现出明显的直流约瑟夫森效应。临界转变温度达到90 K,转变宽度约为1K,临界电流密度达到1.07 MA/cm2。  最后,经过多次“提拉成膜—热处理”过程制备了5层和7层YBCO/Y2O3周期结构。通过XRD和SEM分析,两种结构的YBCO薄膜厚度均匀,(00l)生长取向明显,薄膜表面质量良好,但存在一定a轴生长取向的晶粒。5层YBCO/Y2O3周期结构的临界转变温度Tc约为92 K,其临界电流密度Jc约为0.75 MA/cm2,单位宽临界电流Ic(77 K,0 T)约为51 A/cm-W。7层YBCO/Y2O3周期结构的临界转变温度Tc约为89K,其临界电流密度Jc约为0.63 MA/cm2,单位宽临界电流Ic(77 K,0 T)约为58.6A/cm-W。
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