[發明專利]一種三靶共濺射制備第二代高溫超導帶材的方法

在審

• 申請號: 202110151100.4
• 申請日: 2021-02-04
• 公開（公告）號: CN112962075A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 夏鈺東;周靜;趙睿鵬;歐凱;陶伯萬
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/18;C23C14/58
• 代理公司: 成都華飛知識產權代理事務所(普通合伙) 51281
• 代理人: 葉任海

本發明涉及高溫超導材料技術領域，具體涉及一種三靶共濺射制備第二代高溫超導帶材的方法，采用磁控濺射進行制備前驅體預制膜，然后將前驅體預制膜進行氧化處理，得到第二代高溫超導帶材，在磁控濺射過程中，采用三個濺射槍同時朝向基底進行濺射，三個濺射槍處于同一平面，且濺射槍之間的連線構成正三角形，第一個濺射槍以鋇作為靶材，第二濺射槍以銅作為靶材，第三個濺射槍以稀土元素作為靶材。本發明相較于現有技術，提高了靶材的利用率，降低了制備成本，提高了高溫超導帶材的制備效率；同時制備的前驅體預制膜元素比可控，提高了實驗重復性，并且，該方法能夠對稀土金屬靶材進行摻雜其他金屬元素，提升薄膜的釘扎效果，進而提升第二代高溫超導帶材在磁場下的應用。

技術領域

本發明涉及高溫超導材料技術領域，具體涉及一種三靶共濺射制備第二代高溫超導帶材的方法。

背景技術

在較高轉變溫度下，高溫超導材料具有零電阻的特點，因此使得大容量、低電壓、低損耗、低成本的電力系統成為現實，由此可見，高溫超導技術的發展，對于醫療、軍事、交通、能源等各領域都具有重要意義。目前，第一代高溫超導材料已經實現了產業化，但由于其電流承載能力受外加磁場的影響較大，且制備成本較高，使得其廣泛的應用受到限制，因此激發了第二代高溫超導材料的研究。二代高溫超導帶材以其高臨界轉變溫度、大臨界電流密度等優異性能，成為行業研究的熱點。第二代高溫超導帶材中，又以YBa₂Cu₃O_7-δ(YBCO)為代表，其在強電領域中具有超導載流能力，成為目前最佳的實用超導材料。第二代高溫超導帶材相對于第一代高溫超導帶材具有低成本，高機械性能等優點。因此以YBa₂Cu₃O_7-δ(YBCO)為代表的第二代高溫超導帶材的研究必然成為超導行業研究的主流。

目前，第二代高溫超導帶材YBCO的大規模應用主要受制備成本、制備效率、帶材性能等因素阻礙，另外，現有的第二代高溫超導帶材超導層有多種制備方法(如：金屬有機氣相沉積(MOCVD)，金屬有機化學沉積(MOD)，脈沖激光沉積(PLD)，反應熱蒸發(RCE-DR)等)。雖然其制備方法眾多，但是每種方法都存在一定的不足之處。因此開發更有優勢的制備技術，成為迫切需要。

另一方面，眾所周知，濺射法是一種具有成本低，成膜效果好、操作簡單、沉積面大，易摻雜等優點的薄膜制備技術。因此，基于濺射法的啟發，本發明提出一種新的方法，對比于以往以單一直流磁控濺射作為沉積源，濺射單一靶材的方法，本發明的方法為多元素或多元氧化物薄膜的制備提供了最優選擇，有效的解決了阻礙第二代高溫超導帶材規模化發展的制備成本，制備效率的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種三靶共濺射制備第二代高溫超導帶材的方法，相較于現有技術中采用直流磁控濺射技術直接濺射金屬靶材，能夠有效的降低制備成本，并且直流濺射是目前濺射技術制備薄膜中沉積速率最高的方式，采用這種方法能夠直接提升制備的效率，是今后規模化制備第二代高溫超導帶材的有效手段，并且，該技術能夠有效提高靶材的利用率，同時，通過三個靶材共濺射法制備的前驅體預制膜，具有元素分布均勻，致密性良好，純度高等特點，且因靶材采用單一金屬靶材來制備一定元素比的薄膜，從而使得所制備的前驅體預制膜元素比可控，提高了實驗重復性，降低了制備成本；另外，本發明采用快速氧化退火新方法，使得ReBCO超導層的外延生長可控，提高了其超導性能，降低了制備成本。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種三靶共濺射制備第二代高溫超導帶材的方法，采用磁控濺射進行制備前驅體預制膜，然后將前驅體預制膜進行氧化處理，得到第二代高溫超導帶材，在磁控濺射過程中，采用三個濺射槍同時朝向基底進行濺射，三個濺射槍處于同一平面，且濺射槍之間的連線構成正三角形，第一個濺射槍以鋇作為靶材，第二濺射槍以銅作為靶材，第三個濺射槍以稀土元素作為靶材。