PDF《！＂#$ 多层膜退火法中不同制备条件对 ！＂$% 超导薄膜性...》

!"#$ 多层膜退火法中不同制备条件对 !"$% 超导薄膜性质的影响! 刘亮!) 马小柏!) 聂瑞娟!) 姚丹") 王福仁!) # !) (北京大学物理学院,人工微结构和介观物理国家重点实验室,北京 !$$%&!) ") (空军航空大学,长春 !'$$"") ("$$( 年'月"' 日收到;

"$$( 年)月!' 日收到修改稿) 用*+,- 多层膜退火的方法制备了一系列 *+-" 超导薄膜, 研究了退火温度、 退火时间和薄膜厚度对于 *+-" 薄 膜性质的影响.

厚度为 ".$ /0 的*+,- 多层膜经)$$ 1低温退火后已经生成超导相, 此厚度薄膜&.$ 1下退火 "$― '$ 02/ 实现最佳超导转变温度 (!3 ) .前驱膜分层厚度相同时, 随着薄膜厚度减小 *+-" 薄膜 !3 明显降低, 而且较 薄的膜 !3 受退火温度影响更加明显.通过减小 *+,- 多层膜分层厚度, 制备的 "$ /0 厚*+-" 超导薄膜在 '!

4 左 右出现超导转变. 关键词:*+-" 超导薄膜,电子束蒸发,超导成相 !国家重点基础研究发展计划 ((&') 项目 (批准号: "$$56-5$!$$&) 和国家自然科学基金 (批准号: 资助的课题

7 # 通讯联系人7 890:2;

AB7 CDB7 3/ !E 引言*+-" 超导体自 "$$! 年发现以来 [!] , 由于其简 单的二元结构, 较高的超导转变温度 ( F '( 4) 和相 对较大的相干长度 ( F 5E) /0) ["] , 在超导应用和基 础研究领域引发了持续的研究热潮 ['―.]

7 作为超导 电子器件应用的基础, *+-" 薄膜的制备是首要的课 题7*+-" 薄膜制备中遇到的主要问题是: *+ 的高挥 发性使得薄膜生长过程中需要较高 *+ 蒸气压;

*+ 活泼的化学性质使得 *+ 原子很容易与别的物质特 别是氧原子发生反应, 形成杂质;

过高的温度容易引 起*+-" 分解 [5]

7 过去几年间, 人们尝试了各种方法制备 *+-" 薄膜, 比如脉冲激光溅射沉积 (GHI) 法[&―!"] , 分子束 外延 (*-8) [!'] 法, 混合物理化学气相沉积 (JG6KI) 法[!), !.] , 电子束蒸发 (89LC:0) [!5―!%] 法等等7 电子束 蒸发 *+,- 多层膜退火法制备的 *+-" 薄膜超导转 变温度 !3 F '. 4, 表面平整 [!(] , 成相均匀7 此方法退 火处理时可以提供较高 *+ 蒸气压, 薄膜可以在较 高温度下稳定成相7 本文研究了 *+,- 多层膜退火 法制备 *+-" 薄膜的成相规律, 退火温度、 退火时间 以及薄膜厚度对薄膜晶粒生长和超导性能的影响, 为进一步优化制备 *+-" 超导体的工艺提供参考7 "E 实验过程 我们通过电子束蒸发在 M;

" N' ($$$!) 衬底上交 替沉积多层 *+,- 膜, 原料采用金属镁带 (((O) 和晶 体硼块 (((E.O)

7 前驱体分层为 PBLPQ=:QC, [*+ ('$ /0) ,- ("$ /0) ] " , 单层 *+, - 膜厚度分别为 '$ /0, "$ /07厚度通过镀膜腔内石英振荡器原位监测7 沉 积时衬底温度保持在室温, 背景真空气压小于 ' R !$S

5 G:, *+ 层沉积速率为 !―" T,P,- 层沉积速率 小于 ! T,P7 然后将蒸镀好的前躯薄膜和镁条一起 放入钽盒中, 在管式炉加热的石英管中退火处理7退 火前, 石英管抽真空, 并用高纯氩气清洗两到三次, 真空压强达到 )―&G: 后充入高纯氩气作为退火保 护气体7退火时, 管式炉快速升温 (!―' 02/) 至设定 温度 1) , 保护氩气气压为 )$―). AG:, 保 温预定时间后降温7 我们在 NU%*)& K 处于ANBD―AEBM O 的范围@ 退火温度达到H66 F时, ">%*)& K 有小幅度提高, 达到 AMBG O, 但是同 时超导转变宽度也变得很大@实际上, 较高的退火温 度有利于 -,I5 晶粒生长和高 "K 超导相形成 [H, C6] , 但是即使退火过程是在 -, 蒸气中进行, 过高的温 度也会造成薄膜中 -, 原子流失@ 另外文献 [M] 报道 -,I5 薄膜在高温下变得不稳定, 高于G66 F开始出 现分解@由图 C (K) 可以看出, H66 F退火薄膜表面已 经形成较大的 -,I5 晶粒, 这有利于薄膜 ">%*)& K 的提 高@同时H66 F高温退火势必带来 -,I5 超导相的分 解, 使得薄膜成相不均匀, 造成超导转变宽度变大@ 这也就不难理解图