本文選題：Tl_2Ba_2Ca_2Cu_3O_(10)超導薄膜　切入點：Tl_2Ba_2CaCu_2O_8中間相　出處：《南開大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：在鉈系高溫超導材料中,Tl2Ba2Ca2Cu3O10(T1-2223)薄膜是其家族中臨界溫度最高的超導材料,也是截止目前為止世界發(fā)現的所有超導材料當中,除了Hg系超導材料以外臨界溫度最高的超導材料。由于鉈系超導材料臨界電流密度大,微波表面電阻低,抗潮解能力強而備受國內外的關注,然而由于鉈元素的劇毒性且含鉈氧化物熔點較低,造成超導材料制備過程中,鉈元素揮發(fā)嚴重,因此制備出達到微波應用標準的高品質T1-2223薄膜相對困難。為此本文系統(tǒng)研究了T1-2223薄膜的合成條件,提出了以Tl2Ba2CaCu2O8(T1-2212)作為中間過渡相來制備T1-2223薄膜的生長方法,并綜合利用不同退火氣氛來降低退火溫度,改善薄膜的超導性能。最后在T1-2223薄膜上制備了可以工作在108K以下的超導濾波器。其主要內容如下： 1.利用直流磁控濺射法在單晶(001)LaAlO3基片上沉積了非晶態(tài)的先驅膜,研究了在Ar下生長作為中間相的T1-2212的制備條件,得到了適合轉化T1-2223薄膜的T1-2212的最佳合成條件。 2.結合最佳的T1-2212退火條件,研究了在Ar下生長了T1-2223超導薄膜的退火工藝,在最優(yōu)合成工藝條件下,生長出的T1-2223薄膜結晶致密有序,周期性好,具有明顯的層狀生長和c軸取向,且與襯底LaAlO3具有明顯的外延生長關系。其超導臨界溫度達到115K左右,臨界電流密度維持在0.03MA/cm2。 3.研究了氧氣對T1-2223薄膜的影響,對不同氧氬比例條件下制備Tl-2223薄膜的工藝條件進行了分析,并對非晶態(tài)先驅膜直接流氧退火的工藝條件進行了討論。結果表明,當氧氬比例濃度控制在5%以下的低濃度水平時,制備的T1-2223超導薄膜結晶質量較高,薄膜均勻致密,具有明顯的c軸取向生長。且具有較高的T1-2223相純度。其臨界電流密度相比Ar下制備的結果提高了一個數量級,基本達到了105A/cm2。對于非晶態(tài)先驅膜直接流氧退火的結果,其超導電流密度可達1MA/cm2以上的水平,臨界溫度達到115K左右。 4.研究了第三次流氧退火工藝對T1-2223薄膜超導性能的影響。對原有Ar下制備的T1-2223薄膜以及氧氬比為1%條件下制備T1-2223薄膜分別進行了第三次流氧退火。結果表明,Ar下制備的T1-2223和氧氬比為1%制備的T1-2223 超導薄膜,經過流氧退火后,超導臨界溫度最高可達120K,臨界電流密度均超過了2MA/cm2。但兩種薄膜中也出現了少量的T1-2212相。結合之前的T1-2212中間法,我們制備了尺寸為10mm×10mm雙面T1-2223超導薄膜,并進行了第三次流氧退火,退火后薄膜兩面結晶均勻致密,具有較好的兩面一致性。其超導臨界溫度為120±1K左右,雙面的臨界電流密度分別達到3.9MA/cm2和4.2MA/cm2,微波表面電阻為346μΩ(77K,10GHz),基本滿足了制備超導濾波器的性能要求。 5.在10mm×10mm雙面T1-2223薄膜上制備了工作在S波段,中心頻率為4GHz,相對帶寬為4%的3階切比雪夫濾波器。測試結果表明,在77K下,該濾波器的插入損耗為0.088dB,當溫度上升到102K時,其插入損耗仍為0.27dB。對不同溫度條件下濾波器的特性分析表明,該濾波器工作在102K時性能穩(wěn)定可靠。且最高工作溫度可達108K。這一結果大大降低了現有超導器件對制冷設備的要求,為超導材料在衛(wèi)星和深空探測領域無制冷的工作提供了可靠依據。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：南開大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.2

【參考文獻】

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本文編號：1598822