高临界温度超导薄膜制备方法

摘要

本发明为高临界温度(90K)超导薄膜制备方法。采用超高真空系统，单个化合物靶，高气压低电压直流磁控溅射，原位外延生长，原位低温热处理制备工艺，用于制备MBa₂Cu₃O₇型高临界温度氧化物超导薄膜(M＝Y，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb)。零电阻临界温度高达92.7K，77K临界电流密度高达3.6mA/cm²。这种薄膜可用于制备在液氮温度下工作的超导电子器件和超导体-半导体混合电子器件。

主权项

1、一种高临界温度超导薄膜的制备方法。采用直流磁控溅射、热处理制备工艺，其特征是：a.在如下特点的超高真空系统内制备：·用分子泵作为主真空泵；·与真空室相连接的阀门均采用可烘烤金属超高真空阀；·仅仅在分子泵与真空室间的阀门内使用一只氟橡胶圈以及经常开启的一个法兰内用了一只氟橡胶圈，其余法兰内均采用金属圈密封；·真空系统用不锈钢制成，极限真空为2-10微帕。b.只使用一个烧结的化合物靶。其成分为：MBaxCuyOz，其中M=Y，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb；x=1.6-2，y=2.5-3，z=0-0.3。靶的型状为圆盘形，直径在35-100mm间。c.基片可采用SrTiO3，LaAlO3，Zr(Y)O2，MgO，Si单晶片或多晶片。d.溅射时气体为Ar与O2的混合物，O2/Ar的比值在0-1间，总压强在10-100帕间。Ar与O2均为电子级高纯气体，在真空室外混合。基片平面与靶平面间夹角在0°-90°间，二平面间距在15-30毫米间，基片偏离靶轴线0-30毫米。Ar，O2混合气体以30°-80°角吹向基片平面。e.外延生长薄膜条件：基片温度在700-850℃间，溅射电压100-150V，电流在0.3-1A之间，薄膜生长速率为3-10nm/min。f.低温原位热处理条件：薄膜生长完成后，真空室内充以5-100千帕的氧气，同时基片温度降到380-500℃间，保持3-30分钟。