CN101162626A - 一种双面高温超导薄膜多层结构及其制备方法 - Google Patents

一种双面高温超导薄膜多层结构及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101162626A
CN101162626A CNA2006101137492A CN200610113749A CN101162626A CN 101162626 A CN101162626 A CN 101162626A CN A2006101137492 A CNA2006101137492 A CN A2006101137492A CN 200610113749 A CN200610113749 A CN 200610113749A CN 101162626 A CN101162626 A CN 101162626A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
film
double face
temperature superconducting
oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2006101137492A
Other languages
English (en)
Inventor
李弢
古宏伟
杨坚
王霈文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Original Assignee
Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals filed Critical Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority to CNA2006101137492A priority Critical patent/CN101162626A/zh
Publication of CN101162626A publication Critical patent/CN101162626A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

本发明公开了一种双面高温超导薄膜多层结构及其制备方法。该双面高温超导薄膜多层结构，包括低成本非单晶氧化物基片，所述低成本非单晶氧化物基片的两面分别依次设有金属薄膜层、双轴织构的氧化物薄膜层以及超导薄膜层。首先在低成本基片上生长一层表面良好的金属薄膜，再用离子束辅助沉积工艺在金属薄膜上制备具有双轴织构的氧化物薄膜材料，所以可以不使用价格昂贵的氧化物单晶材料作为大面积双面高温超导薄膜的基片材料，而选用成本低廉的Si单晶等基片材料。所制备的双面高温超导薄膜成本低。

Description

一种双面高温超导薄膜多层结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种双面高温超导薄膜多层结构及其制备方法，特别是利用耐高温玻璃、单晶硅等低成本非氧化物单晶基片上制备双面高温超导钇钡铜氧(YBCO)薄膜及其制备方法。
背景技术
大面积双面高温超导薄膜材料在通信基站用高性能微波滤波器、延迟线等器件应用中具有广阔的市场前景。
目前大面积双面高温超导薄膜材料的制备是在单晶氧化物基片(如LaAlO3、CeO2/Al2O3/CeO2、MgO、YSZ等)上制备钇钡铜氧(YBCO)等薄膜材料。由于此类基片材料的晶格与钇钡铜氧(YBCO)的晶格具有良好的匹配性，从而比较容易生长出具有c轴取向的超导薄膜材料，获得高的超导转变温度Tc、临界电流密度Jc以及微波表面电阻Rs等性能。但其单晶氧化物基片的成本相对较高。以直径φ2″LaAlO3双面抛光基片为例，价格在2500元人民币以上，而同尺寸单晶硅基片成本仅为20元左右。如能在保持材料性能的前提下，采用低成本基片制备双面高温超导钇钡铜氧(YBCO)薄膜，则可大幅度降低材料和器件的成本。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种低成本的双面高温超导薄膜多层结构。
本发明的目的是通过以下技术方案达到的：
一种双面高温超导薄膜多层结构，包括低成本非单晶氧化物基片，所述低成本非单晶氧化物基片的两面分别依次设有金属薄膜层、双轴织构的氧化物薄膜层以及超导薄膜层。
一种优选技术方案，其特征在于：所述低成本非单晶氧化物基片为单晶硅、陶瓷或耐高温玻璃基片。
一种优选技术方案，其特征在于：所述金属薄膜层为铁或镍薄膜层。
一种优选技术方案，其特征在于：所述金属薄膜层的厚度为100-1000nm；表面粗糙度小于5％。
一种优选技术方案，其特征在于：所述具有双轴织构的氧化物薄膜层为MgO薄膜或YSZ薄膜。
一种优选技术方案，其特征在于：所述具有双轴织构的氧化物薄膜层的厚度为100-1000nm；表面粗糙度小于5％。
一种优选技术方案，其特征在于：在所述双轴织构氧化物薄膜层与所述高温超导薄膜之间设有一过渡薄膜层。
一种优选技术方案，其特征在于：所述过渡薄膜层为CeO2薄膜层。
一种优选技术方案，其特征在于：所述CeO2薄膜层的厚度50-200nm。
一种优选技术方案，其特征在于：所述超导薄膜层为钇钡铜氧超导薄膜层。
一种优选技术方案，其特征在于：所述钇钡铜氧超导薄膜层的厚度大于300nm小于1μm。
本发明的另一目的是提供一种上述双面高温超导薄膜多层结构的制备方法。
本发明的另一目的是通过以下技术方案达到的：
一种双面高温超导薄膜多层结构的制备方法，其步骤如下：
(1)在低成本非单晶氧化物基片的双面，以常规物理气相沉积方法制备一层金属薄膜层；
(2)用离子束辅助沉积(IBAD)工艺在步骤(1)所述金属薄膜层上分别生长一层具有双轴织构的氧化物薄膜层；
(3)在步骤(2)所述具有双轴织构的氧化物薄膜层之上以常规方法(如磁控溅射方法)分别制备一层超导薄膜层。
一种优选技术方案，其特征在于：在步骤(2)所述具有双轴织构的氧化物薄膜层之上以常规方法(如溅射的方法)分别制备一层过渡薄膜层，然后再用常规方法在所述过渡薄膜层之上分别制备一超导薄膜层。
本发明的低成本非单晶氧化物双面抛光基片(如Si单晶)，作为大面积双面高温超导薄膜的基片材料；对基片的主要要求是：基片表面抛光度高、表面粗糙度小，为薄膜的制备提供好的表面形态；同时由于钇钡铜氧(YBCO)薄膜的制备要在700℃左右的高温下进行，要求基片具有一定的耐高温特性；作为大面积超导薄膜制备的器件，其使用经常是在微波条件下，还要求基片具有良好的微波性能。本发明人以过实验，发现单晶硅、陶瓷或耐高温玻璃基片是符合上述要求的理想基片。
本发明中的金属薄膜层，作为生长具有双轴织构的氧化物薄膜(种子层)”的诱导层；一方面防止基片中的硅扩散进入具有双轴织构的氧化物薄膜层，在基片和“种子层”之间起到阻挡作用；另一方面起到基片与具有双轴织构的氧化物薄膜的连接作用。要求金属薄膜有一定的强度和高温耐受性，特别是要有低的表面粗糙度。
本发明的具有双轴织构的氧化物薄膜层，具有与钇钡铜氧(YBCO)等高温超导薄膜材料极好的晶格匹配性，同时依靠离子束辅助沉积的作用，获得的氧化物薄膜具有双轴织构的特点，从而易于在其上生长具有c轴取向、织构良好的钇钡铜氧(YBCO)薄膜；其作用是钇钡铜氧YBCO取向性生长的起始层。
本发明的过渡层薄膜具有与种子层和钇钡铜氧(YBCO)超导薄膜层晶格互相匹配的特点。由于离子束辅助沉积制备的种子层氧化物薄膜的φ扫描半高宽还比较大，可以利用过渡层薄膜(如CeO2)进一步改善织构、降低半高宽，提高后续制备的钇钡铜氧(YBCO)薄膜结构和性能。
本发明的超导薄膜层主要是稀土钡铜氧材料，以钇钡铜氧(YBCO)为代表，是超导滤波器等器件的基础材料。
由于可以使用离子束辅助沉积工艺在金属薄膜上制备具有双轴织构的氧化物薄膜材料，所以可以不使用价格昂贵的氧化物单晶材料作为大面积双面高温超导薄膜的衬底材料(基片材料)，而选用成本低廉的硅单晶等基片材料。在离子束辅助沉积制备的具有双轴织构的氧化物薄膜上，利用溅射的方法制备过渡层薄膜改善织构，最后利用溅射、激光脉冲沉积等方法沉积c轴取向良好钇钡铜氧(YBCO)高温超导薄膜和电极材料。
下面通过附图和具体实施例对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
附图说明
图1为本发明实施例之一制备的双面高温超导薄膜的剖面结构示意图。
图2为本发明实施例之二制备的双面高温超导薄膜的剖面结构示意图
图3为本发明实施例之三制备的双面高温超导薄膜的剖面结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，为本发明实施例之一制备的大面积双面超导薄膜的结构示意图。其中1为硅单晶双面抛光基片，2为金属Fe薄膜，3为具有双轴织构的MgO薄膜，4为CeO2(100)薄膜，5为YBCO超导薄膜。
其中的硅单晶基片为双面抛光。在真空、非氧化的条件下，利用射频或直流溅射的方法，在双面抛光硅单晶基片表面沉积制备金属Fe薄膜，其制备的厚度为100nm。
在双面沉积金属铁薄膜的基片上以离子束辅助沉积的方法(Ion-Beam AidDeposition)制备500nm厚度的MgO金属氧化物薄膜层(种子层)。
在MgO金属氧化物薄膜层上再利用射频磁控溅射外延生长CeO2(100)取向薄膜，进一步改善表面织构和φ扫描半高宽，并有利于生长c轴取向的YBCO薄膜。CeO2薄膜在厚度较大时会发生裂纹等现象，因此这一层的一般低于200nm，本实施例中为50nm。
然后在制备好的CeO2(100)薄膜上利用磁控溅射方法生长YBCO(001)薄膜，YBCO薄膜的厚度为700nm。
制备YBCO时基片加热温度为700-800℃、薄膜退火温度450-500℃。
制备薄膜材料时采用对靶、同一条件制备的方式进行，对双面抛光基片在双面同时进行上述工艺，即可获得性能良好的、大面积、双面高温超导YBCO薄膜材料。
实施例2
如图2所示，为本发明实施例之二制备的大面积双面超导薄膜的结构示意图。其中1为双面抛光的耐高温玻璃基片，2为金属Ni薄膜，3为具有双轴织构的YSZ  (即Y稳定的ZrO2薄膜，其具体组成为：(Zr，Y)O2，Zr∶Y＝91∶9)薄膜，5为YBCO超导薄膜。
在真空、非氧化的条件下，利用射频或直流溅射的方法，在双面抛光基片表面沉积制备Ni薄膜，其制备的厚度为1μm。
双面沉积金属镍薄膜的基片以离子束辅助沉积方法制备100nm的双轴织构的YSZ薄膜。然后利用直流磁控溅射在制备好的YSZ薄膜上外延生长YBCO(001)薄膜，YBCO薄膜的厚度为300nm。制备YBCO时基片加热温度为700-800℃、薄膜退火温度为450-500℃。
实施例3
如图3所示，为本发明实施例之三制备的大面积双面超导薄膜的结构示意图。其中1为双面抛光的陶瓷基片，2为金属Ni薄膜，3为具有双轴织构的MgO薄膜，4为CeO2薄膜，5为YBCO超导薄膜。
在真空、非氧化的条件下，利用射频或直流溅射的方法，在双面抛光基片表面沉积制备金属镍薄膜，其制备的厚度为500nm。
双面沉积金属薄膜的基片以离子束辅助沉积的方法制备300nm的MgO薄膜；制备后的MgO薄膜具有双轴织构的特点，在MgO上再利用射频磁控溅射外延生长CeO2(100)取向薄膜，改善表面织构和φ扫描半高宽。本实施例中CeO2厚度为200nm。然后利用直流磁控溅射在制备好的CeO2(100)薄膜上外延生长厚度为1μm的YBCO(001)薄膜。制备YBCO时基片加热温度为700-800℃、薄膜退火温度为450-500℃。

Claims (12)

1.一种双面高温超导薄膜多层结构，包括低成本非单晶氧化物基片，所述低成本非单晶氧化物基片的两面分别依次设有金属薄膜层、双轴织构的氧化物薄膜层以及超导薄膜层。
2.根据权利要求1所述的双面高温超导薄膜多层结构，其特征在于：所述低成本非单晶氧化物基片为硅单晶、陶瓷或耐高温玻璃基片。
3.根据权利要求2所述的双面高温超导薄膜多层结构，其特征在于：所述金属薄膜层为铁或镍薄膜层。
4.根据权利要求3所述的的双面高温超导薄膜多层结构，其特征在于：所述铁或镍薄膜层的厚度为100-1000nm；表面粗糙度小于5％。
5.根据权利要求4所述的双面高温超导薄膜多层结构，其特征在于：所述具有双轴织构的氧化物薄膜为MgO或YSZ薄膜。
6.根据权利要求5所述的双面高温超导薄膜多层结构，其特征在于：所述超导薄膜层为钇钡铜氧超导薄膜层。
7.根据权利要求6所述的双面高温超导薄膜多层结构，其特征在于：所述钇钡铜氧超导薄膜层的厚度大于300nm小于1μm。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的双面高温超导薄膜多层结构，其特征在于：在所述双轴织构氧化物薄膜层与所述超导薄膜之间设有一过渡薄膜层。
9.根据权利要求8所述的双面高温超导薄膜多层结构，其特征在于：所述过渡层薄膜为CeO2薄膜。
10.根据权利要求9所述的双面高温超导薄膜多层结构，其特征在于：所述CeO2薄膜的厚度范围50-200nm。
11.一种双面高温超导薄膜多层结构的制备方法，其步骤如下：
(1)在低成本非单晶氧化物基片的双面，以常规物理气相沉积方法制备一层金属薄膜层；
(2)用离子束辅助沉积(IBAD)工艺在步骤(1)所述金属薄膜层上分别生长一层具有双轴织构的氧化物薄膜层；
(3)在步骤(2)所述具有双轴织构的氧化物薄膜层之上以常规方法(如磁控溅射方法)分别制备一层超导薄膜层。
12.根据权利要求11所述的双面高温超导薄膜多层结构的制备方法，其特征在于：在所述步骤(2)所述具有双轴织构的氧化物薄膜层之上以常规方法分别制备一层过渡薄膜层，然后再用常规方法在所述过渡薄膜层之上分别制备一层超导薄膜层。
CNA2006101137492A 2006-10-13 2006-10-13 一种双面高温超导薄膜多层结构及其制备方法 Pending CN101162626A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2006101137492A CN101162626A (zh) 2006-10-13 2006-10-13 一种双面高温超导薄膜多层结构及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2006101137492A CN101162626A (zh) 2006-10-13 2006-10-13 一种双面高温超导薄膜多层结构及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101162626A true CN101162626A (zh) 2008-04-16

Family

ID=39297527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2006101137492A Pending CN101162626A (zh) 2006-10-13 2006-10-13 一种双面高温超导薄膜多层结构及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101162626A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102383191A (zh) * 2010-08-31 2012-03-21 苏州大学 (103)取向的钇钡铜氧高温超导薄膜的制备方法
CN102751040A (zh) * 2012-05-29 2012-10-24 电子科技大学 高温超导双面带材及制备方法
CN102870172A (zh) * 2010-02-12 2013-01-09 昭和电线电缆系统株式会社 氧化物超导线材及氧化物超导线材的制造方法
CN102224552B (zh) * 2008-11-21 2014-08-20 财团法人国际超电导产业技术研究中心 超导膜成膜用基板、超导线材和它们的制造方法
CN104021880A (zh) * 2014-06-03 2014-09-03 电子科技大学 一种涂层导体用双面MgO缓冲层的制备方法
WO2014183237A1 (zh) * 2013-05-14 2014-11-20 上海超导科技股份有限公司 基于IBAD-MgO金属基带的简化隔离层及其制备方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102224552B (zh) * 2008-11-21 2014-08-20 财团法人国际超电导产业技术研究中心 超导膜成膜用基板、超导线材和它们的制造方法
CN102870172A (zh) * 2010-02-12 2013-01-09 昭和电线电缆系统株式会社 氧化物超导线材及氧化物超导线材的制造方法
CN102870172B (zh) * 2010-02-12 2015-04-29 昭和电线电缆系统株式会社 氧化物超导线材及氧化物超导线材的制造方法
CN102383191A (zh) * 2010-08-31 2012-03-21 苏州大学 (103)取向的钇钡铜氧高温超导薄膜的制备方法
CN102383191B (zh) * 2010-08-31 2014-05-28 苏州大学 (103)取向的钇钡铜氧高温超导薄膜的制备方法
CN102751040A (zh) * 2012-05-29 2012-10-24 电子科技大学 高温超导双面带材及制备方法
CN102751040B (zh) * 2012-05-29 2014-06-11 电子科技大学 高温超导双面带材的制备方法
WO2014183237A1 (zh) * 2013-05-14 2014-11-20 上海超导科技股份有限公司 基于IBAD-MgO金属基带的简化隔离层及其制备方法
CN104021880A (zh) * 2014-06-03 2014-09-03 电子科技大学 一种涂层导体用双面MgO缓冲层的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100395847C (zh) 一种高温超导覆膜导体及其制备方法
CN101162626A (zh) 一种双面高温超导薄膜多层结构及其制备方法
CN1315155C (zh) 一种绝缘层上硅结构的制备方法
CN103695859B (zh) 超导带材用双面LaMnO3缓冲层的制备方法
CN102751040B (zh) 高温超导双面带材的制备方法
CN104992777B (zh) 一种双轴织构缓冲层结构
CN105803434B (zh) 一种在氧化铝晶体基底上制备高温超导薄膜的方法
CN102774074B (zh) 基于双轴织构金属基带的新型复合隔离层及制备方法
US8283293B2 (en) Method for producing a HTS coated conductor and HTS coated conductor with reduced losses
JP2002184252A (ja) 導体内でｙｂｃｏ層との最適化格子整合を提供するドープしたセリアをベースとするバッファ層構造および前記構造の製造方法
WO2014183237A1 (zh) 基于IBAD-MgO金属基带的简化隔离层及其制备方法
Wu et al. Buffer layers for high-T c thin films on sapphire
CN101178955B (zh) 提高涂层导体用CeO2薄膜厚度的方法
CN1512602A (zh) 制作高温超导器件的表面改性方法
US20080305322A1 (en) Interlayer of textured substrate for forming epitaxial film, and textured substrate for forming epitaxial film
CN101624286B (zh) 一种La掺杂CeO2过渡层薄膜及其制备方法
CN101188152A (zh) 涂层导体用CeO2薄膜的制备方法
CN101299452A (zh) 在单晶衬底上制备CeO2隔离层薄膜的方法
KR970005158B1 (ko) 복합 산화물 초전도박막 또는 선재와 그 제작방법
Shinkai et al. Epitaxial growth of HfN film and sequential single-oriented growth of Al/HfN bilayered film on (001) and (111) Si
Reade et al. Ion-beam nanotexturing of buffer layers for near-single-crystal thin-film deposition: Application to YBa 2 Cu 3 O 7-δ superconducting films
Nie et al. Biaxially textured MgO buffer layer on flexible metal template for coated conductor
KR100338250B1 (ko) 고온초전도 ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-δ 박막 성장시 박막의 표면특성 향상법
Face et al. Large area YBa2Cu3O7 and Tl2Ba2CaCu2O8 thin films for microwave and electronic applications
Hirata et al. Preparation of high‐T c oxide superconductors at low substrate temperature by facing‐targets sputtering

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication