CN115976470A - FeSe超导薄膜的制备方法、设备及FeSe超导薄膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超导技术领域，具体而言，涉及一种FeSe超导薄膜的制备方法、设备及FeSe超导薄膜。FeSe超导薄膜的制备方法，包括以下步骤：（a）提供复合体，所述复合体包括SrTiO3晶体衬底以及覆盖于所述SrTiO3晶体衬底表面的FeSe膜层；（b）在真空条件下，采用氢气束流对步骤（a）中所述FeSe膜层进行处理，再进行退火处理，得到FeSe超导薄膜。本发明通过采用氢气的束流处理FeSe单膜层，氢气可以促使Fe原子和Se原子在单层超导FeSe薄膜以及其与SrTiO3晶格衬底形成的界面中扩散并脱附，形成二层FeSe薄膜；再经过退火处理，得到的FeSe超导薄膜具有更高的超导转变温度。
Description
技术领域
本发明涉及超导技术领域，具体而言，涉及一种FeSe超导薄膜的制备方法、设备及FeSe超导薄膜。
背景技术
分子束外延(Molecular Beam Epitaxy, MBE)是一种物理气相外延技术，是美国Bell实验室的R.Arthur和Y.Cho提出，并在GaAs的外延生长获得成功。该技术可在原子尺度上精确控制薄膜的厚度、纯度以及生长速率，被广泛应用于多种金属、半导体材料等研究和生产领域。其工作原理是：在超高真空环境下，源料经过加热以气相的分子或原子形式从蒸发源中喷射到衬底基板上，在表面完成吸附、迁移、成核过程或者直接和衬底发生反应，通过调整蒸发源的蒸发速率保证其实现高质量薄膜的单原子层生长。
高温超体自发现以来一直是研究的热点，尤其是铜氧化物以及铁基超导体。科研工作者致力于高温超导的制备以及提高超导转变温度的研究，积极推进超导器件的进一步应用和普及。目前，对于提高其超导转变温度的研究中，均是通过长时间退火的方法来改善样品质量，进而提高超导转变温度。然而，虽然长时间退火可以提高样品质量和超导转变温度，但是需要大量的时间成本；另外，所获得的外延样品质量并不理想。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种FeSe超导薄膜的制备方法，以克服现有技术中采用长时间退火的方式来制备FeSe超导薄膜存在的技术缺陷。
本发明的另一个目的在于提供一种所述的一种FeSe超导薄膜，由所述的FeSe超导薄膜的制备方法制备得到，其具有较高的超导转变温度。
本发明的另一个目的在于提供一种实施所述的FeSe超导薄膜的制备方法所采用的设备，效率高，得到的FeSe超导薄膜的质量好。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种FeSe超导薄膜的制备方法，包括以下步骤：
（a）提供复合体，所述复合体包括SrTiO3晶体衬底以及覆盖于所述SrTiO3晶体衬底表面的FeSe膜层；
（b）在真空条件下，采用氢气束流对步骤（a）中所述FeSe膜层进行处理，再进行退火处理，得到FeSe超导薄膜。
所述氢气束流的流速为0.5~1.5mL/h。
在一种实施方式中，采用氢气束流对步骤（a）中所述FeSe膜层进行处理的时间为0.8~7.5h。
在一种实施方式中，所述氢气束流的流速为0.65~1mL/h；采用氢气束流对步骤（a）中所述FeSe膜层进行处理的时间为1.1~7.3h。
在一种实施方式中，在步骤（b）中，采用氢气束流对步骤（a）中所述FeSe膜层进行处理之前，所述复合体所处环境的初始真空度为（0.9~1.1）×10-10Torr。
在一种实施方式中，在步骤（b）中，采用氢气束流对步骤（a）中所述FeSe膜层进行处理的过程中，所述复合体所处环境的真空度为8×10-7~2×10-5Torr。
在一种实施方式中，所述退火处理的温度为480~530℃，所述退火处理的时间为2~6h。
在一种实施方式中，所述退火处理的温度为510~530℃，所述退火处理的时间为2~4h。
在一种实施方式中，所述复合体的制备方法，包括：对SrTiO3晶体衬底进行加热；再将Fe蒸发源和Se蒸发源同时进行蒸发，在所述SrTiO3晶体衬底上生长FeSe膜层；再进行第一退火处理。
在一种实施方式中，所述对SrTiO3晶体衬底进行加热，至温度为400~460℃。
在一种实施方式中，所述第一退火处理的温度为500~550℃，所述第一退火处理的时间为2~3h。
在一种实施方式中，所述FeSe膜层的厚度为0.5~0.6nm。
一种FeSe超导薄膜，由如上所述的FeSe超导薄膜的制备方法制备得到。
实施如上所述的FeSe超导薄膜的制备方法所采用的设备，包括外延腔、抽真空装置和氢气存储装置；
所述抽真空装置包括load lock腔；所述外延腔的第一端口与所述load lock腔的第一端口相连接；
所述外延腔的第二端口与所述load lock腔的第二端口通过三通管路的两个的端口相连通；所述三通管路的第三个端口连接所述氢气存储装置。
在一种实施方式中，所述load lock腔依次连接分子泵和机械泵。
在一种实施方式中，所述外延腔与所述三通管路通过微漏阀相连接。
在一种实施方式中，所述三通管路的三个支管上分别设置有球阀。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明通过采用氢气束流对FeSe膜层的表面进行处理，氢气可以促使Fe原子和Se原子在单层超导FeSe薄膜以及其与SrTiO3晶格衬底形成的界面中扩散并脱附，形成二层FeSe薄膜；再经过退火处理，得到的FeSe超导薄膜；该方法可显著提高FeSe超导薄膜的超导转变温度及其质量。
（2）本发明制备得到FeSe超导薄膜具有更高的超导能隙及质量。
（3）本发明实施FeSe超导薄膜的制备方法所采用的设备，制备效率高，可避免杂质的介入，得到的FeSe超导薄膜的质量优异。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中采用氢气束流连续处理过程中的FeSe薄膜形貌图；其中，（a1）为处理0.5min的FeSe薄膜形貌图，（a2）为处理1.1min的FeSe薄膜形貌图，（a3）为处理2.0min的FeSe薄膜形貌图，（a4）为处理8.0min的FeSe薄膜形貌图，（a5）为处理66min的FeSe薄膜形貌图；
图2为本发明实施例1中采用氢气束流连续处理过程中的FeSe薄膜的原子分辨图；其中，（b1）为处理0.5min的FeSe薄膜原子分辨图，（b2）为处理1.1min的FeSe薄膜原子分辨图，（b3）为处理2.0min的FeSe薄膜原子分辨图，（b4）为处理8.0min的FeSe薄膜原子分辨图，（b5）为处理66min的FeSe薄膜原子分辨图；
图3为本发明实施例1中FeSe超导薄膜的形貌图；
图4为本发明实施例1中FeSe超导薄膜的扫描隧道显微谱图；
图5为本发明实施例1中外延生长的FeSe膜层的形貌图；
图6为本发明实施例1中外延生长的FeSe膜层的扫描隧道显微谱图；
图7为本发明对比例1中的超导薄膜的形貌图；
图8为本发明对比例1中的扫描隧道显微谱图；
图9为本发明制备FeSe超导薄膜所用设备的结构示意图。
附图标记：
1-外延腔、2-load lock腔、3-氢气存储装置、4-分子泵、5-机械泵、6-三通管路、601-第三球阀、602-第一球阀、603-第二球阀、7-微漏阀、8-Se蒸发源、9-Fe蒸发源、10-复合体。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
根据本发明的一个方面，本发明涉及一种FeSe超导薄膜的制备方法，包括以下步骤：
（a）提供复合体，所述复合体包括SrTiO3晶体衬底以及覆盖于所述SrTiO3晶体衬底表面的FeSe膜层；
（b）在真空条件下，采用氢气束流对步骤（a）中所述FeSe膜层进行处理，再进行退火处理，得到FeSe超导薄膜。
本发明对FeSe膜层进行氢气处理，氢气可以促使Fe原子和Se原子在单层超导FeSe薄膜以及其与SrTiO3晶格衬底形成的界面中扩散并脱附，形成二层FeSe薄膜，再进一步进行退火处理，使形成的二层FeSe薄膜分解并改善单层FeSe薄膜的样品质量，进而提高超导转变温度。
在一种实施方式中，复合体的制备方法包括：对所述SrTiO3晶体衬底进行加热；再将Fe蒸发源和Se蒸发源同时进行蒸发，在所述SrTiO3晶体衬底上生长FeSe膜层；再进行第一退火处理。
在一种实施方式中，所述SrTiO3晶体衬底进行加热至温度为400~460℃，例如400℃、410℃、420℃、430℃、440℃、450℃、460℃等。
在一种实施方式中，Fe蒸发源的蒸发温度为1180~1230℃，例如1180℃、1190℃、1200℃、1210℃、1220℃、1230℃等。在一种实施方式中，Se蒸发源的蒸发温度为75~85℃，例如75℃、80℃、85℃等。
在一种实施方式中，FeSe膜层的生长时间为50~70min，例如50min、55min、60min、65min或70min等。
在一种实施方式中，第一退火处理的温度为500~550℃，例如500℃、505℃、510℃、520℃、530℃、535℃、540℃、545℃或550℃等。第一退火处理的时间为2~3h，例如2h、2.5h或3h。
在一种实施方式中，所述FeSe膜层的厚度为0.5~0.6nm，例如0.5nm、0.51nm、0.52nm、0.53nm、0.55nm、0.56nm、0.57nm、0.6nm等。
在一种实施方式中，所述氢气束流的流速为0.5~1.5mL/h。在一种实施方式中，所述氢气束流的流速包括但不限于为0.5mL/h、0.6mL/h、0.7mL/h、0.8mL/h、0.9mL/h、1mL/h、1.1mL/h、1.2mL/h、1.3mL/h、1.4mL/h、1.5mL/h等。若流速过高，会导致真空度比较差，会影响薄膜的质量；若流速过低，真空度会比较高，通入氢气的量会太少，需要的处理时间会进一步增加。
在一种实施方式中，采用氢气束流对步骤（a）中所述FeSe膜层进行处理的时间为0.8~7.5h，包括但不限于为0.8h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、4h、4.5h、5h、5.2h、5.5h、5.7h、5.8h、6h、6.2h、6.5h、6.7h、7h、7.1h、7.2h、7.3h、7.5h等。
本发明采用适宜流量的氢气束流，对FeSe膜层处理适宜的时间，更有利于促使Fe原子和Se原子在单层超导FeSe薄膜以及其与SrTiO3晶格衬底形成的界面中扩散并脱附，形成二层FeSe薄膜，有利于提高最终得到的FeSe超导薄膜的转变温度。
在一种实施方式中，所述氢气束流的流速为0.65~1mL/h；采用氢气束流对步骤（a）中所述FeSe膜层进行处理的时间为1.1~7.3 h。
在一种实施方式中，在步骤（b）中，采用氢气束流对步骤（a）中所述FeSe膜层进行处理的之前，所述复合体所处环境的初始真空度为（0.9~1.1）×10-10Torr；例如0.9×10- 10Torr、1×10-10Torr、1.05×10-10Torr、1.1×10-10Torr等。
在一种实施方式中，在步骤（b）中，采用氢气束流对步骤（a）中所述FeSe膜层进行处理的过程中，所述复合体所处环境的真空度为8×10-7~2×10-5Torr，例如8×10-7Torr、7×10-7Torr、5×10-7Torr、2×10-7Torr、1×10-7Torr、2×10-6Torr、5×10-6Torr、8×10- 6Torr、1×10-5Torr、1.5×10-7Torr、2×10-7Torr等。
在一种实施方式中，复合体在腔室中进行上述氢气束流处理。在一种实施方式中，在步骤（b）中，腔室的初始真空度为（0.9~1.1）×10-10Torr，当采用氢气束流对步骤（a）中所述FeSe膜层进行处理，真空度维持在8×10-7~2×10-5Torr，并在此真空度条件下进行持续的氢气束流处理。在一种实施方式中，用氢气束流对步骤（a）中所述FeSe膜层进行处理的过程中，对腔室进行抽真空处理，以维持腔室的真空度在8×10-7~2×10-5Torr。
在一种实施方式中，所述退火处理的温度为480~530℃，例如480℃、485℃、490℃、495℃、500℃、505℃、510℃、520℃、525℃、530℃等。在一种实施方式中，所述退火处理的时间为2~6h，例如2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h、6h等。在一种实施方式中，所述退火处理的温度为510~530℃，所述退火处理的时间为2~4h。
在一种优选地实施方式中，FeSe超导薄膜的制备方法，包括以下步骤：
（a）提供复合体，所述复合体包括SrTiO3晶体衬底以及覆盖于所述SrTiO3晶体衬底表面的FeSe膜层；所述复合体的制备方法包括：对所述SrTiO3晶体衬底进行加热，至温度为400~460℃；再将Fe蒸发源和Se蒸发源同时进行蒸发，Fe蒸发源的蒸发温度为1180~1230℃，Se蒸发源的蒸发温度为75~85℃，在所述SrTiO3晶体衬底上生长FeSe膜层，FeSe膜层的生长时间为50~70min；再进行第一退火处理，第一退火处理的温度为500~550℃，第一退火处理的时间为2~3h；所述FeSe膜层的厚度为0.5~0.6nm；
（b）采用氢气束流对步骤（a）中所述FeSe膜层进行处理，氢气束流的流速为0.5~1.5mL/h；采用氢气束流对FeSe膜层进行处理的时间为0.8~7.5h；采用氢气束流对所述FeSe膜层进行处理之前，复合体所处环境的初始真空度为（0.9~1.1）×10-10Torr，氢气处理后，至真空度为8×10-7~2×10-5Torr；使多余的原子形成易于脱附的二层FeSe薄膜；
（c）对氢气处理后得到的二层FeSe薄膜进行退火处理，退火处理的温度为480~530℃，退火处理的时间为2~6h，使形成的二层FeSe薄膜分解并改善单层FeSe薄膜的样品质量，进而提高超导转变温度。
根据本发明的另一个方面，本发明还涉及一种FeSe超导薄膜，由如上所述的FeSe超导薄膜的制备方法制备得到。
根据本发明的另一个方面，本发明还涉及实施所述的FeSe超导薄膜的制备方法所采用的设备，包括外延腔、抽真空装置和氢气存储装置；
所述抽真空装置包括load lock（装载锁定）腔；所述外延腔的第一端口与所述load lock腔的第一端口相连接；
所述外延腔的第二端口与所述load lock腔的第二端口通过三通管路的两个端口相连通；所述三通管路的第三个端口连接所述氢气存储装置。
本发明的设备制备FeSe超导薄膜，效率高，产品的质量高。
在一种实施方式中，所述load lock腔的第三端口依次连接分子泵和机械泵。用于使管道处于真空状态，避免空气污染管道。
在一种实施方式中，所述外延腔与所述三通管路通过微漏阀相连接。通过微漏阀精确调控氢气的束流以及腔体的真空度。
在一种实施方式中，所述三通管路的三个支管上分别设置有球阀。
在一种实施方式中，所述外延腔的第一端口与所述load lock腔的第一端口之间的管路上设置有闸板阀。
在一种实施方式中，采用上述设备实施所述的FeSe超导薄膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）使用之前，使三通管道保持真空状态，即：打开三通管路上的三个（第一球阀、第二球阀和第三球阀），使三通管道与load lock腔保持连通，此时先后打开机械泵、分子泵，进行抽真空操作，真空度为（0.9~1.1）x10-8Torr（例如1 x10-8Torr等）；
（2）真空度保持在（0.9~1.1）x10-8Torr，此时关闭第二球阀以及分子泵，打开氢气存储装置，使压力表保持在0.38~0.45MPa，使氢气进入三通管道后，打开第二球阀，机械泵将管道内的氢气排出，即清洗氢气管道；反复循环4~6次清洗管道操作后，关闭第二球阀，使管道内充满氢气，并且压力表保持在0.38~0.45MPa；
（3）通过外延腔外延生长FeSe单层薄膜，并在500~550℃进行退火，使其进入超导状态；
（4）调整FeSe单层薄膜角度使其与微漏阀连接的氢气管道面对面对齐，打开微漏阀的旋钮，在常温（15~30℃，例如15℃、18℃、20℃、22℃、25℃或30℃等）条件下调控氢气的束流对样品表面进行处理；氢气束流的流速为0.5~1.5mL/h；采用氢气束流对FeSe膜层进行处理的时间为0.8~7.5h；采用氢气束流对所述FeSe膜层进行处理之前，外延腔的初始真空度为（0.9~1.1）×10-10Torr，采用氢气束流处理后，维持真空度为8×10-7~2×10-5Torr；氢气处理后，再进行退火处理，退火处理的温度为480~530℃，退火处理的时间为2~6h。
下面结合具体的实施例、对比例、附图进一步解释说明。
各实施例中，FeSe超导薄膜的制备方法所采用的设备，如图9所示，包括外延腔1、抽真空装置和氢气存储装置3；
所述抽真空装置包括load lock腔2；所述外延腔1的第一端口与所述抽真空装置的第一端口相连接；所述外延腔1的第二端口与所述load lock腔2的第二端口通过三通管路6的两个的端口相连通；所述三通管路6的第三个端口连接所述氢气存储装置3；所述loadlock腔2依次连接分子泵4和机械泵5；所述外延腔1与所述三通管路6通过微漏阀7相连接；所述三通管路6的三个支管上分别设置有球阀。
实施例1
FeSe超导薄膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）使三通管道保持真空状态，即：打开三通管路6上的三个阀门（第一球阀602、第二球阀603和第三球阀601），使三通管路6与load lock腔2保持连通，此时先后打开机械泵5、分子泵4，进行抽真空操作，真空度为1 x10-8Torr。
（2）真空度保持在1x10-8Torr，此时关闭第二球阀603以及分子泵4，打开氢气存储装置3，使压力表保持在0.4MPa，使氢气进入三通管路6后，打开第二球阀603，机械泵5将管道内的氢气排出，即清洗三通管路6；反复循环4~6次清洗管道操作后，关闭第二球阀603，使管道内充满氢气，并且压力表保持在0.4MPa。
（3）通过外延腔1在SrTiO3晶体衬底上外延生长FeSe单层薄膜，得到复合体10，所述复合体10包括SrTiO3晶体衬底以及覆盖于SrTiO3晶体衬底表面的FeSe膜层；所述复合体10的制备方法，包括：将SrTiO3晶体衬底加热至温度为420℃，衬底温度稳定以后，同时打开Fe蒸发源9和Se蒸发源8，Fe蒸发源9和Se蒸发源8的蒸发温度分别为1200℃和80℃，在SrTiO3衬底上逐层生长，生长时间为1h；外延生长结束以后，提高衬底温度至530℃退火处理2.5h，使其进入超导态；FeSe膜层的厚度为0.55nm。
（4）调整FeSe膜层角度，使其与微漏阀7连接的三通管路6面对面对齐，打开微漏阀7的旋钮，在常温条件下调控氢气的束流对FeSe单层薄膜的表面进行处理；氢气束流处理之前，控制外延腔1的初始真空度为1×10-10Torr；氢气束流的流速为0.72mL/h，处理的时间为6.0h；采用氢气束流处理过程中，控制外延腔1的真空度为5×10-5Torr。
（5）对氢气束流处理后的FeSe膜层进行退火处理；退火处理的温度为530℃，退火处理的时间为3h，得到FeSe超导薄膜。
实施例2
FeSe超导薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤（1）、步骤（2）和步骤（3）同实施例1；
（4）调整FeSe单膜层角度，使其与微漏阀7连接的三通管路6面对面对齐，打开微漏阀7的旋钮，在常温条件下调控氢气的束流对FeSe单层薄膜的表面进行处理；氢气束流处理之前，控制外延腔1的初始真空度为1×10-10Torr；氢气束流的流速为0.72mL/h，处理的时间为1.1h；采用氢气束流处理的过程中，控制外延腔1的真空度为1×10-7Torr。
（5）对氢气束流处理后的FeSe膜层进行退火处理；退火处理的温度为530℃，退火处理的时间为3h，得到FeSe超导薄膜。
实施例3
FeSe超导薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤（1）、步骤（2）和步骤（3）同实施例1；
（4）调整FeSe膜层角度，使其与微漏阀7连接的三通管路6面对面对齐，打开微漏阀7的旋钮，在常温条件下调控氢气的束流对FeSe单层薄膜的表面进行处理；氢气束流处理之前，控制外延腔1的初始真空度为1×10-10Torr；氢气束流的流速为0.8mL/h，处理的时间为2.5h；采用氢气束流处理的过程中，控制外延腔1的真空度为4×10-6Torr。
（5）对氢气束流处理后的FeSe膜层进行退火处理；退火处理的温度为500℃，退火处理的时间为4h，得到FeSe超导薄膜。
实施例4
FeSe超导薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤（1）、步骤（2）和步骤（3）同实施例1；
（4）调整FeSe膜层角度，使其与微漏阀7连接的三通管路6面对面对齐，打开微漏阀7的旋钮，在常温条件下调控氢气的束流对FeSe单层薄膜的表面进行处理；氢气束流处理之前，控制外延腔1的初始真空度为1×10-10Torr；氢气束流的流速为1mL/h，处理的时间为5.0h；采用氢气束流处理的过程中，控制外延腔1的真空度为1.5×10-5Torr。
（5）对氢气束流处理后的FeSe膜层进行退火处理；退火处理的温度为520℃，退火处理的时间为3.5h，得到FeSe超导薄膜。
对比例1
按照实施例1的方法制备得到复合体。
实验例
实施例1的复合体的FeSe薄膜的形貌图如图5所示，外延生长的复合体的FeSe薄膜（未经高温退火处理）的扫描隧道显微谱图如图6所示，使用STS中的超导相干峰到费米能级的距离大小（即超导能隙）来表示超导转变温度，可以看出，未经过处理的复合体的FeSe薄膜表面STS没有超导相干峰，是不超导的。
本发明实施例1中采用氢气束流连续处理过程中的FeSe薄膜形貌图如图1所示；其中，图1中的（a1）为处理0.5min的FeSe薄膜形貌图，（a2）为处理1.1min的FeSe薄膜形貌图，（a3）为处理2.0min的FeSe薄膜形貌图，（a4）为处理8.0min的FeSe薄膜形貌图，（a5）为处理66min的FeSe薄膜形貌图。氢气可以促使Fe原子和Se原子在单层超导FeSe薄膜以及其与SrTiO3晶格衬底形成的界面中扩散并脱附，形成二层FeSe薄膜，从图1中可以看出，二层FeSe薄膜的覆盖度逐渐增大。本发明实施例1中采用氢气束流连续处理过程中的FeSe薄膜的原子分辨图如图2所示；其中，图2中的（b1）为处理0.5min的FeSe薄膜原子分辨图，（b2）为处理1.1min的FeSe薄膜原子分辨图，（b3）为处理2.0min的FeSe薄膜原子分辨图，（b4）为处理8.0min的FeSe薄膜原子分辨图，（b5）为处理66min的FeSe薄膜原子分辨图，可以看出，Fe原子脱附形成的Fe空位缺陷逐渐增加并形成有序结构。本发明实施例1中FeSe超导薄膜的形貌图如图3所示，扫描隧道显微谱图如图4所示，可知，黑色虚线标记的超导相干峰，其超导能隙约为22meV，因此，本发明的方法得到的FeSe超导薄膜具有更高的超导转变温度。图4、图6、图8中的bias voltage表示偏压。
各实施例和对比例中的FeSe超导薄膜的超导能隙结果如表1所示。
表1FeSe超导薄膜的超导能隙结果
本发明对FeSe膜层进行氢气处理，再进一步进行退火处理，使形成的二层FeSe薄膜分解并改善单层FeSe薄膜的样品质量，进而提高超导转变温度，超导转变温度不低于17meV。
对比例1制备得到的FeSe超导薄膜的形貌图如图7所示，其扫描隧道显微谱图如图8所示，可知，其超导能隙约为15meV，远低于本申请实施例1的FeSe超导薄膜的超导能隙。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种FeSe超导薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（a）提供复合体，所述复合体包括SrTiO3晶体衬底以及覆盖于所述SrTiO3晶体衬底表面的FeSe膜层；
（b）在真空条件下，采用氢气束流对步骤（a）中所述FeSe膜层进行处理，再进行退火处理，得到FeSe超导薄膜。
2.根据权利要求1所述的FeSe超导薄膜的制备方法，其特征在于，所述氢气束流的流速为0.5~1.5mL/h；
采用氢气束流对步骤（a）中所述FeSe膜层进行处理的时间为0.8~7.5h。
3.根据权利要求2所述的FeSe超导薄膜的制备方法，其特征在于，所述氢气束流的流速为0.65~1mL/h；
采用氢气束流对步骤（a）中所述FeSe膜层进行处理的时间为1.1~7.3h。
4.根据权利要求1所述的FeSe超导薄膜的制备方法，其特征在于，包含以下特征（1）至（2）中的至少一种：
（1）在步骤（b）中，采用氢气束流对步骤（a）中所述FeSe膜层进行处理之前，所述复合体所处环境的初始真空度为（0.9~1.1）×10-10Torr；
（2）在步骤（b）中，采用氢气束流对步骤（a）中所述FeSe膜层进行处理的过程中，所述复合体所处环境的真空度为8×10-7~2×10-5Torr。
5.根据权利要求1所述的FeSe超导薄膜的制备方法，其特征在于，所述退火处理的温度为480~530℃，所述退火处理的时间为2~6h。
6.根据权利要求5所述的FeSe超导薄膜的制备方法，其特征在于，所述退火处理的温度为510~530℃，所述退火处理的时间为2~4h。
7.根据权利要求1所述的FeSe超导薄膜的制备方法，其特征在于，包含以下特征（1）至（4）中的至少一种：
（1）所述复合体的制备方法，包括：对SrTiO3晶体衬底进行加热；再将Fe蒸发源和Se蒸发源同时进行蒸发，在所述SrTiO3晶体衬底上生长FeSe膜层；再进行第一退火处理；
（2）所述对SrTiO3晶体衬底进行加热，至温度为400~460℃；
（3）所述第一退火处理的温度为500~550℃，所述第一退火处理的时间为2~3h；
（4）所述FeSe膜层的厚度为0.5~0.6nm。
8.一种FeSe超导薄膜，其特征在于，由权利要求1~8中任一项所述的FeSe超导薄膜的制备方法制备得到。
9.实施权利要求1~7中任一项所述的FeSe超导薄膜的制备方法所采用的设备，其特征在于，包括外延腔、抽真空装置和氢气存储装置；
所述抽真空装置包括load lock腔；所述外延腔的第一端口与所述load lock腔的第一端口相连接；
所述外延腔的第二端口与所述load lock腔的第二端口通过三通管路的两个的端口相连通；所述三通管路的第三个端口连接所述氢气存储装置。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，包含以下特征（1）至（3）中的至少一种：
（1）所述load lock腔依次连接分子泵和机械泵；
（2）所述外延腔与所述三通管路通过微漏阀相连接；
（3）所述三通管路的三个支管上分别设置有球阀。
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