[發明專利]外延鐵基超導薄膜制備方法及制備的外延鐵基超導薄膜

有效

• 申請號: 200910082471.0
• 申請日: 2009-04-20
• 公開（公告）號: CN101867012A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 曹立新;李位勇;韓燁;張帥;許波;趙柏儒
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01L39/24
• 分類號: H01L39/24;C23C14/22;C23C14/06;H01L39/02
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇;徐丁峰

技術領域

本發明涉及超導領域，具體涉及一種外延鐵基超導薄膜制備方法及通過該方法制備的外延鐵基超導薄膜。

背景技術

2008年初，日本科學家發現超導轉變溫度為26K的LaFeAsO_1-xF_x超導體，為超導研究開拓了新空間。在隨后的短短三個月里，鐵基超導體的超導轉變溫度被提高到了55K，發展成四個體系。α-FeSe_x是所發現的第四個鐵基超導體系，簡稱“11”體系，由臺灣物理研究所吳茂昆研究組于2008年8月中旬率先報道。其結構相對簡單，不含砷，是四大體系中毒性最低的一個，因此引起了廣范的關注。在發現α-FeSe_x超導體之前，已有許多FeSe化合物及薄膜的工作，主要探討磁性和晶體結構，沒有超導電性的報導。

超導在電子學中的應用，如超導量子干涉器件(SQUID)、超導混頻器、超導粒子探測器以及超導數字電路等，都是以制備高質量的超導薄膜為基礎。為了深入研究鐵基超導體的物性及其在超導電子學器件中的應用，眾多研究組投入到制備高質量外延鐵基超導薄膜的研究中。E.Backen等(e-printarXiv：cond-mat/0808.1864.)制備了F摻雜的LaOFeAs薄膜，樣品起始轉變溫度為11K，沒有觀測到零電阻現象。H.Hiramatsu等(Appl.Phys.Lett.93，162504(2008).)制備了沒有F摻雜的LaOFeAs薄膜，樣品不超導。H.Hiramatsu等(Appl.Phys.Express?1，101702(2008))制備了Co摻雜SrFe₂As₂薄膜，樣品的零電阻溫度為15K。值得注意的是，上述外延鐵基超導薄膜中均含有相當數量的雜相。

而且，目前對α-FeSe鐵基超導材料的研究主要是通過多晶體材來研究，對其物性的研究還不夠深入。因此制備高質量的單晶薄膜有利于研究α-FeSe的物性，同時發展鐵基超導材料在電子器件中的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種外延鐵基超導薄膜制備方法及通過該方法制備的外延鐵基超導薄膜。具體地，本發明提供制備單α-相、c-取向外延FeSe_x(0.80≤x≤1.0)和FeSe_(1-y)Te_y(0＜y≤1.0)外延鐵基超導薄膜的制備方法，進而制備這種外延鐵基超導薄膜，從而深入研究鐵基超導材料的物性以及發展鐵基超導材料在超導電子器件中應用。

本發明利用脈沖激光沉積系統進行外延鐵基超導薄膜制備。關于脈沖激光沉積系統的介紹可以參見Willmott等的題為“Pulsed?laser?vaporization?anddeposition”(Reviews?of?Modern?Physics，72，315(2000))的文章，該文章的內容通過引用包含于此。

一方面，本發明提供一種外延鐵基超導薄膜的制備方法，包括以下步驟：

a)制備外延鐵基超導薄膜所需的靶材，將所述靶材放入脈沖激光沉積系統的真空腔體中，其中所述靶材是FeSe_x或FeSe_(1-y)Te_y靶材，其中0.80≤x≤1.0，0＜y≤1.0；

b)準備基片，將所述基片固定在脈沖激光沉積系統的基片臺上，將基片臺放入真空腔體；

c)加熱所述基片臺進而加熱所述基片；

d)利用脈沖激光沉積方法在所述基片上用脈沖激光進行沉積以生長薄膜。

如上所述的制備方法，所述FeSe_x或FeSe_(1-y)Te_y靶材分別是通過將按摩爾比1∶x的Fe、Se和摩爾比1∶1-y∶y的Fe、Se、Te粉末混合均勻，壓片后用石英管真空封裝，在600℃-700℃條件下燒結20-30小時；降溫后將燒結好的靶材取出碾碎，壓片再用石英管真空封裝，在600℃-700℃再次燒結20-30小時后，將溫度降至300℃-500℃退火20-30小時而得到的。

如上所述的制備方法，步驟c)中，以10-20℃/min的升溫速率將所述基片的溫度加熱至400-700℃。

如上所述的制備方法，在所述步驟b)后，還包括：步驟b1)對所述真空腔體進行抽真空，使所述真空腔體內的真空度高于1×10^-3Pa。