[發明專利]單層有效的高溫超導涂層導體緩沖層厚膜的制備工藝

無效

• 申請號: 200810037629.8
• 申請日: 2008-05-20
• 公開（公告）號: CN101281804A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 潘成遠;蔡傳兵;應利良;高波;黃飛
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01B12/00
• 分類號: H01B12/00;H01B13/00;H01L39/24
• 代理公司: 上海上大專利事務所
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種單層有效的高溫超導涂層導體緩沖層厚膜的制備工藝，屬于高溫超導薄膜材料制備技術領域。

背景技術

第二代高溫超導涂層導體以其巨大的潛在商業價值，日益成為人們關注的焦點。涂層導體結構主要包括金屬襯底、緩沖層和超導層。其中高度雙軸織構的緩沖層薄膜制備技術已成為涂層導體的關鍵性技術。緩沖層的作用包括：(1)阻擋基底金屬元素擴散到超導層；(2)向超導層傳遞基底的織構性能；(3)保護金屬基底避免氧化。其功能決定了緩沖層的選材也必須滿足特定的要求：(1)與基底和超導層都有很小的晶格失配度；(2)能夠充分有效地阻擋基底金屬元素向超導層的擴散；(3)要求有穩定的化學性質，不會與金屬襯底和超導層發生化學反應；(4)形成致密的無裂縫的緩沖層薄膜(有相同的熱膨脹系數)。

很多材料都可以作為緩沖層，但由于晶格失配和多重織構等難題，單一的緩沖層很難獲得成功。釔穩定的氧化鋯(YSZ)曾被視為一種較好的RABiTS基帶的緩沖層，其高致密性可以充分地阻擋基底金屬離子向超導層的擴散，但缺點是與超導層失配度較大，會降低超導層的超導性。后來人們發現CeO₂為YBCO外延生長更好的緩沖層材料，它在晶格上YBCO相當匹配，化學上也非常穩定。然而CeO₂有個缺陷，即當其厚度超過一定值時(約為50nm)就會有微裂紋出現。因此人們發展了YSZ/CeO₂型復合緩沖層結構，其中CeO₂較薄(＜50nm)而YSZ較厚(1μm)。由于YSZ與YBCO在晶格上并不很完好地匹配，之后人們在其上又增加一層薄的CeO₂，如此可十分有效地提高YBCO質量。從此YBCO/CeO₂/YSZ/CeO₂/Ni成為涂層導體RABiTS技術路線的標準緩沖層結構。

雖然多層緩沖層結構可以有效地起到緩沖層的作用，但是由于多層緩沖層工藝較復雜，實現批量化生產的困難較大，所以人們一直在探索，試圖找到一種有效的單層緩沖層材料。最近人們發現在CeO₂薄膜中摻入不同比例的Y、Zr、Sm等稀土離子可以有效地改善薄膜的表面形貌，通過此種方法有可能得到性能優良的單層緩沖層薄膜材料。這就可以極大地降低涂層導體的制備成本。最近的報道表明Zr∶Ce＝1∶4或1∶1比例薄膜的厚度可達到300nm以上表面仍然光滑無裂紋，同時其面內外織構和表面粗糙度等性能也沒有明顯的降低。考慮到目前超導層HoBCO顯示的優良的電、磁性能，制備出足夠厚的單層Ho_xCe_1-xO_2-δ(CHO)緩沖層薄膜，無論從晶格匹配上還是化學穩定性上來所都將具有重大的實際意義。據最近的研究結果看，至今國內還沒有報道制備出有足夠厚度的此類單層緩沖層薄膜。

發明內容

本發明針對目前單層緩沖層薄膜不能起到有效的緩沖層作用，而多層膜的制備技術又太復雜，且成本高。通過調節薄膜中Ce和Ho離子的各種比例，在不明顯降低Ho_xCe_1-xO_2-δ(0.1≤x≤0.5)緩沖層薄膜的織構性能和表面特征的前提下，提高薄膜厚度的技術工藝。其具體步驟如下：

(1)按Ho和Ce元素的摩爾比為1∶5≤Ho∶Ce≤1∶1，分別稱取適量的醋酸鈰(Ce[CH₃COO]₃·1.5H₂O)和醋酸鈥(Ho[CH₃COO]₃·1.5H₂O)有機鹽粉末，將醋酸鈰和醋酸鈥粉末溶解在體積比為7∶3的丙酸和異丙醇的混合溶劑中，在60～70℃加熱攪拌10～30min后，再加入適量的乙酰丙酮并將溫度提高到100～110℃繼續加熱攪拌，待溶液均勻透明后即可停止攪拌；將溶液放烘箱中在50～90℃下烘烤4～6h后得到前驅溶液；

(2)將雙軸織構的金屬Ni-W基片在丙酮超聲波中清洗20min，再用無水乙醇清洗并吹干；

(3)涂層時，使基片在前驅溶液中停留10～20s后以1～4cm/min退出；將涂有前驅溶液的基片在烘箱中70～100℃烘烤10～20min，然后放入通有體積百分比為Ar+5％H₂混合氣的真空管式爐中，升溫過程中在180℃和600℃分別停留15min和30min，升溫到800～1000℃退火2～4h，