[發明專利]雙面超導帶材緩沖層的連續制備方法

無效

• 申請號: 201110091978.X
• 申請日: 2011-04-13
• 公開（公告）號: CN102255040A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 李言榮;陶伯萬;熊杰;夏鈺東;張飛;趙曉輝
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L39/24
• 分類號: H01L39/24;C23C14/34;C23C14/08
• 代理公司: 成都惠迪專利事務所 51215
• 代理人: 劉勛

技術領域

本發明屬于超導材料技術領域，特別涉及超導帶材的制備方法。

背景技術

1986年高溫超導體的發現引起了全世界科學界極大的興趣和關注。人們對其材料組成、結構特征、性能、應用等各方面進行了廣泛深入的研究。超導體具有許多獨特的性質，如零電阻、完全抗磁性(邁斯納效應)和超導隧道效應(約瑟夫森效應)等，利用這些性質可在科研和生產上發展許多有重要價值的器件，如強磁體、超導量子干涉器件(SQUID)、高效電動機和無損耗傳輸電能系統等。高溫超導體的發現使超導體的工作溫度從液氦溫區(4.2K)提高到液氮溫區(77K)，使超導體的實用前景更加廣闊。

高溫超導材料在強電上的應用一直是一個重要的方向，各國政府對高溫超導帶材的研究投入了巨大的人力和物力。第一代鉍系高溫超導帶材(BSCCO/2223)已進入實用性階段，但是其在強磁場下難以得到高的臨界電流密度J_c，并且昂貴的銀的大量使用也使其在降低工業成本上受到限制。因此，各國政府將研究開發的重點轉移到一種在柔性金屬基帶上涂以YBCO/123薄膜的涂層導體(Coated?Conductor，稱CC導體或第二代高溫超導帶材)上。YBCO帶材比鉍系帶材載流水平更高、磁場下超導性能更好、價格更便宜，是一個極具應用前景的高技術產業。

目前第二代高溫超導帶材采用的金屬基帶主要以Ni和Ni基合金為主。若直接在Ni基帶上沉積YBCO薄膜，由于Ni與YBCO之間的互擴散易使帶材電性能惡化，機械性能變差，使用價值降低。且Ni與YBCO之間的相容性較差，在Ni基帶上不能直接制備結構良好的YBCO膜層。因而需要在Ni基帶上制備與YBCO兼容性較好的氧化物過渡層以改善YBCO薄膜的性能。由于需要阻擋擴散和緩并晶格失配，緩沖層薄膜應具備一定的厚度，這就需要高沉積速度；同時為了滿足應用方面的需要，需要制備的第二代超導帶材越長越好；同時，為了承載更大的電流強度，就需要制備兩面一致性好的雙面超導帶材；而對于工業化的要求，如何在長基帶上快速連續制備雙面氧化物過渡層薄膜成為急需解決的技術問題。

此外，研究表明，YBCO晶粒間的晶界夾角對超導性能有很大影響，YBCO面內外晶界角大于4°時，超導性能急劇下降。由于超導帶材中YBCO晶粒間夾角在緩沖層上外延生長，因此改善緩沖層面內外織構是另一個需要解決的問題。

目前對于這類薄膜的制備，可以采用脈沖激光沉積、磁控濺射、電子束共蒸發等真空方法，以及溶膠-凝膠、金屬有機物沉積、電泳沉積、液相外延法等非真空方法。但無論是從連續性、兩面一致性或者沉積速度上面，都存在著不足，為此需要尋找一種能夠解決上述問題的方法。

中國專利200610020898.4公開了一種雙面長超導帶材緩沖層的連續制備方法，其靶材方向垂直于基帶表面，在沉積薄膜的兩面一致性上有所欠缺，而且在緩沖層面內外織構也要比本專利所制備的有所差距。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種用于高速、連續制備雙面第二代高溫超導帶材緩沖層的方法，使用該方法可以實現高溫超導帶材緩沖層的快速、連續制備，使用該方法制備出的薄膜具有良好的兩面一致性，單面均勻性好，取向度高，表面平整度高。

本發明解決所述技術問題采用的技術方案是，雙面超導帶材緩沖層的連續制備方法，包括下述步驟：

1、雙面超導帶材緩沖層的連續制備方法，其特征在于，包括下述步驟：

1)將含鎢5％的鎳基合金雙軸織構基帶安裝在第一轉盤和第二轉盤之間；

2)將金屬釔靶分別安置在對靶上，兩個轉盤之間的基帶平面的法線與相對的對靶上的金屬釔靶連線垂直；

3)將生長室抽背底真空至5.0×10^-4Pa以下，對基帶進行加熱，使溫度最終保持在600℃～660℃，向生長室內充入氬氫混合氣體，并使生長室內保持2～3Pa氬氫混合氣體，再充入1.2×10^-3到2.5×10^-3Pa的水蒸氣；

4)步進電機通過第一轉盤或者第二轉盤帶動基帶勻速運動；

5)開啟輝光，濺射金屬釔靶材，在基片上沉積Y₂O₃薄膜；

6)關閉濺射，停止對基片加熱，得到制得的Y₂O₃薄膜。

進一步的，基帶運動方向與金屬釔靶連線垂直。所述氬氫混合氣體由摩爾比為96％的Ar和4％的H₂組成。

步驟3)的溫度保持620℃，生長室(9)內保持2.5Pa氬氫混合氣體。