[發(fā)明專(zhuān)利]一種調(diào)控釹鋇銅氧薄膜取向的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810563086.7
• 申請(qǐng)日: 2018-06-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108660435B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 涂溶;王凱東;章嵩;張聯(lián)盟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C23C16/40
• 分類(lèi)號(hào): C23C16/40;C23C16/48
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專(zhuān)利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明;李欣榮

本發(fā)明公開(kāi)了一種調(diào)控釹鋇銅氧薄膜取向的方法，在傳統(tǒng)金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引入高能量密度的連續(xù)激光，可降低化學(xué)反應(yīng)活化勢(shì)壘，加快反應(yīng)速率，并同時(shí)保證沉積區(qū)域輻射場(chǎng)均勻穩(wěn)定分布，因此制備的薄膜結(jié)構(gòu)連續(xù)均勻，面內(nèi)排布有序；本發(fā)明通過(guò)對(duì)激光功率和加載時(shí)間的簡(jiǎn)單調(diào)控，可實(shí)現(xiàn)釹鋇銅氧薄膜取向結(jié)構(gòu)的可控調(diào)節(jié)，尤其可制備得到具有沿厚度方向a,c軸取向混合結(jié)構(gòu)的釹鋇銅氧薄膜，為含有兩種取向結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜的制備提供了一條全新思路，具有重要的研究和推廣意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于薄膜材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種調(diào)控釹鋇銅氧薄膜取向的方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，釹鋇銅氧薄膜(NdBa₂Cu₃O_7-δ，簡(jiǎn)稱(chēng)NBCO)憑借其在釔系超導(dǎo)材料中最高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度和77K下優(yōu)異的高場(chǎng)超導(dǎo)性能，成為超導(dǎo)材料研發(fā)的焦點(diǎn)材料。由于NBCO晶體中沿ab平面與沿c軸的相干長(zhǎng)度(ξ)的較大差異，NBCO晶體具有極強(qiáng)的各向異性，從而導(dǎo)致了不同取向晶體具有不同領(lǐng)域的應(yīng)用。例如，a軸取向NBCO晶體憑借其a軸方向遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于c軸方向的相干長(zhǎng)度，在制備S-I-S或者S-N-S約瑟夫森結(jié)以及可調(diào)制濾波器方面上具有十分優(yōu)越的性質(zhì)；而c軸取向NBCO晶體適用于強(qiáng)電領(lǐng)域應(yīng)用，如使用c軸取向NBCO薄膜作為超導(dǎo)輸電電纜的載流層，其傳輸電流能力是普通銅質(zhì)電纜的幾百倍；另外，a,c軸共存取向NBCO薄膜所具有的混合生長(zhǎng)取向結(jié)構(gòu)為研究弱連接的約瑟夫森效應(yīng)提供了一種工藝上的可能。因此，研發(fā)一種調(diào)控釹鋇銅氧薄膜取向的方法具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積技術(shù)(MOCVD)是在化學(xué)氣相沉積技術(shù)的基礎(chǔ)上利用熱分解金屬有機(jī)化合物來(lái)進(jìn)行外延生長(zhǎng)薄膜的一種技術(shù)。由于MOCVD沉積技術(shù)具有沉積區(qū)域大，沉積速率快，薄膜組分易控，并且可以在形狀復(fù)雜的器件表面進(jìn)行沉積等優(yōu)勢(shì)，因此，MOCVD技術(shù)被認(rèn)為是在推進(jìn)NBCO薄膜產(chǎn)業(yè)化方面上最具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的技術(shù)之一。但是，MOCVD技術(shù)一般采用普通焦耳傳熱方式，會(huì)導(dǎo)致沉積溫度在厚度方向上梯度減弱，隨著薄膜厚度增加，沉積表面的原子所獲得遷移能量減少，無(wú)法調(diào)控薄膜生長(zhǎng)取向的變化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)惡化，從而致使超導(dǎo)性能大幅衰減。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種調(diào)控釹鋇銅氧薄膜取向的方法，該方法可穩(wěn)定調(diào)控釹鋇銅氧薄膜取向，制備的薄膜結(jié)構(gòu)連續(xù)均勻，薄膜晶粒面外取向一致，為釹鋇銅氧薄膜取向調(diào)控提供了簡(jiǎn)單高效的手段。

為實(shí)現(xiàn)上述方案，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種調(diào)控釹鋇銅氧薄膜取向的方法，它包括以下步驟：

1)采用激光化學(xué)氣相沉積裝置，將基板放入反應(yīng)器中位于加熱體上方的石墨基板座上，抽真空并將加熱體溫度升至500～1100℃；

2)將含氣體原料的載流氣與反應(yīng)氣通入反應(yīng)器，調(diào)節(jié)反應(yīng)器的壓強(qiáng)至200～1000Pa；

3)加載激光照射基板表面，移動(dòng)透鏡位置調(diào)節(jié)激光光斑大小以適應(yīng)基板尺寸，并設(shè)置激光功率，加載連續(xù)激光；

4)停止通入含有氣體原料的載流氣與反應(yīng)氣，關(guān)閉激光和反應(yīng)器內(nèi)的加熱系統(tǒng)，抽真空，冷卻至室溫，即得到目標(biāo)生長(zhǎng)取向薄膜。

按上述方案，步驟1)中所述基板是(100)取向的鋁酸鑭、鈦酸鍶或氧化鎂的單晶基板，單面拋光，并經(jīng)過(guò)預(yù)處理表面潔凈。

上述方案中，步驟1)中所述真空條件為30Pa以下。

優(yōu)選的，步驟1)中的加熱體溫度為800～1000℃。

按上述方案，所述步驟2)中，所述氣體原料包括有機(jī)釹源、有機(jī)鋇源和有機(jī)銅源，分別由對(duì)應(yīng)的固體有機(jī)釹源、有機(jī)鋇源和有機(jī)銅源加熱升華得到。