CN1551933A - 氧化物高温超导体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了在介电常数低的晶体基质上形成结晶完整度高、结晶取向性优良的氧化物高温超导体薄膜的氧化物高温超导体，以及制备这样的氧化物高温超导体的方法。在制造在晶体基质上形成有含有Ba作为其构成元素的氧化物高温超导体薄膜的氧化物高温超导体的过程中，在蓝宝石R(1，－1，0，2)晶面基质上形成由CeO3组成的、用于减少蓝宝石R(1，－1，0，2)晶面基质与氧化物高温超导体薄膜之间的晶格失配的第一缓冲层，在由CeO3制成的第一缓冲层上形成由其中的Ba被Sr取代的所述氧化物高温超导材料组成的第二缓冲层，以便在第二缓冲层上形成氧化物高温超导体薄膜。这样，即便用于减少蓝宝石R(1，－1，0，2)晶面基质与氧化物高温超导体薄膜之间的晶格失配的第一缓冲层容易与氧化物高温超导体薄膜中的Ba发生界面反应，第二缓冲层也能防止该界面反应，由此能够外延生长出结晶完整度和结晶取向性均优良的氧化物高温超导体薄膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种高频性能优良的氧化物高温超导体以及制备这样的氧化物高温超导体的方法。
背景技术
在氧化物高温超导体中，Cu系超导体薄膜(参见Kotai Butsuri(Solid State Physics)，Vol.35，No.5，2000)具有优良的超导性能，并且将其实用化的各种研究和开发也已经在进行。Cu系超导体薄膜所具有的优良超导特性包括优良的高频性能特征，正如以上参考文献所提到的那样。为了制造可应用于高频设备诸如微波设备的超导体薄膜，重要的不仅是超导薄膜自身的高频性能，而且要求用于外延生长超导体薄膜的基质具有高频性能。
制造超导性能优良的Cu系氧化物高温超导体需要结晶完整度和结晶取向性均优良的超导体薄膜。
对于常规的Cu系超导体薄膜，已经使用的是与这样的超导薄膜的晶格失配小的SrTiO3基质，从而能够在其上生长结晶完整度高、结晶取向性优良的超导体薄膜。然而，由于SrTiO3的介电常数大(比介电常数＝约300)，所以，SrTiO3不适合作为高频设备的超导体薄膜的生长基质。
因此，为了可用于高频设备，一直在寻求一种能够在介电常数低的基质上形成结晶完整度高、结晶学取向性优良的氧化物高温超导体薄膜的氧化物高温超导体，以及在这样的基质上外延生长所述氧化物高温超导体薄膜的方法。
发明内容
因此，本发明的第一个目的是提供一种氧化物高温超导体，其中在介电常数低的基质上形成结晶完整度高、结晶取向性优良的氧化物高温超导体薄膜。
本发明的第二个目的是提供在介电常数低的基质上形成结晶完整度高、结晶取向性优良的氧化物高温超导薄膜的制备方法。
为了实现以上提到的第一个目的，如权利要求1所述，本发明提供了：一种含有Ba作为其构成元素并且在晶体基质上形成薄膜的氧化物高温超导体，其特征在于它包含：用于减少所述的晶体基质与所述的氧化物高温超导体薄膜之间的晶格失配的第一缓冲层，以及在所述的第一缓冲层上形成的、由Sr氧化物制成的、用于防止Ba从所述的氧化物高温超导体薄膜中扩散出来的第二缓冲层，这两个缓冲层位于所述的晶体基质与所述的氧化物高温超导体薄膜之间。采用这样的结构可以得到结晶完整度和结晶取向性均优良的氧化物高温超导体，原因是，即使用于减少氧化物高温超导体薄膜与基质之间的晶格失配的第一缓冲层由含有易于与氧化物高温超导体薄膜中的Ba发生界面反应的物质的材料所组成，第二缓冲层也能防止界面反应。
权利要求2所述，本发明还提供了：一种含有Ba作为其构成元素并且在晶体基质上形成薄膜的氧化物高温超导体，其特征在于它包含由Sr氧化物构成的缓冲层，用于减少所述的晶体基质与所述的氧化物高温超导体之间的晶格失配并且还能起到防止Ba从所述的氧化物，该缓冲层位于所述的晶体基质与所述的氧化物高温超导薄膜之间。根据这一组成，通过使用Sr氧化物减少它们之间的晶格失配可以得到结晶完整度和结晶取向性均优良的氧化物高温超导体，原因是，即使结晶材料由含有容易与氧化物高温超导体薄膜中的Ba发生界面反应的物质的材料所组成，Sr氧化物也能防止晶体基质内的物质与氧化物高温超导体薄膜中的Ba之间的界面反应。
在本文中，如权利要求1或权利要求2所述的含有Ba作为其构成元素的所述氧化物高温超导体由组成通式：
Cu1-xMx(Ba1-ySry)2(Ca1-zLz)n-1(Cu1-qQq)nO2n+4-w或组成通式：
(Cu1-xMx)2(Ba1-ySry)2(Ca1-zLz)n-1(Cu1-qQq)nO2n+4-w所示的组成来构成，其中：
M表示Tl、Hg、Bi、Pb、In、Ga、Al、B、C、Si、Sn、Ag、Au、S、N、P、Mo、Re、Os、Cr、Ti、V、Fe、一种镧系元素或一种或多种碱金属元素，
L表示Mg、Y或一种或多种镧系元素。
Q表示Mg和Zn中的任何一种或两种，并且
0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤q≤0.1，0≤w≤4且2≤n≤5。
根据这样的配制，可以在介电常数低的基质上形成结晶完整度和结晶取向性均优良的上述氧化物高温超导体。在本文中应该注意到，具有上述组成的所述氧化物超导体包括所谓的YBCO型、Y(Ln)-[123]型和Hg型氧化物高温超导体。
所述的Sr氧化物可以是选自下列的任何一种：构成元素中不含Ba的薄膜形式的氧化物高温超导体、其中的构成元素Ba被Sr取代的薄膜形式的氧化物高温超导体以及与所述的氧化物高温超导体薄膜晶格匹配良好的层状Sr氧化物。根据该配制，可以得到结晶完整度和结晶取向性均优良的氧化物高温超导体，原因是缓冲层与所述的氧化物高温超导体晶格匹配良好并且同时起到防止Ba从所述的氧化物高温超导体薄膜中扩散出来的作用。
所述的晶体基质优选是具有蓝宝石R晶面(1，-1，0，2)的蓝宝石基质。此外，权利要求1中提到的第一缓冲层可以是CeO2层，第二缓冲层具有组成通式Cu1-xMxSr2CaCu2O8-w所示的组成，其中
M表示Tl、Hg、Bi、Pb、In、Ga、Al、B、C、Si、Sn、Ag、Au、S、N、P、Mo、Re、Os、Cr、Ti、V、Fe、一种镧系元素或一种或多种碱金属元素，并且，其中
x和w分别用0≤x≤1且0≤w≤4表示。按照该组成可以得到结晶完整度和结晶取向性均优良的氧化物高温超导体，原因是由Cu1-xMxSr2CaCu2O8-w组成的第二缓冲层防止了第一缓冲层(由介电常数低(低至约为10)的蓝宝石R晶面(1，-1，0，2)基质上的CeO2所构成)中的Ce与外延生长的氧化物高温超导体薄膜中的Ba之间的界面反应。
在权利要求1所述的氧化物高温超导体中，可用外延法生长所述的含有构成元素Ba的氧化物高温超导体薄膜，由此将用来形成所述氧化物高温超导体的无定形相沉积到所述第二缓冲层上，然后将沉积的无定形相在氧气氛中1.0至10atm的压力下、在Ag2O或AgO的存在下、或者在Tl的存在下进行热处理。
在权利要求2所述的氧化物高温超导体中，可用外延法生长所述的含有构成元素Ba的氧化物高温超导体薄膜，由此将用来形成所述氧化物高温超导体的无定形相沉积到所述缓冲层上，然后将沉积的无定形相在氧气氛中1.0至10atm的压力下、在Ag2O或AgO的存在下、或者在Tl的存在下进行热处理。
按照权利要求13的描述，本发明还提供了在蓝宝石R(1，-1，0，2)晶面基质上形成的含有Ba作为其构成元素的氧化物薄膜，所述含Ba的氧化物选自氧化物磁性材料、氧化物电介质和氧化物导体，其特征在于所述的薄膜具有通过以下方法形成的层状结构：在所述的蓝宝石基质上形成由CeO2薄膜制成的第一缓冲层，在所述的第一缓冲层上形成由其中的Ba被Sr取代的所述氧化物薄膜制成的第二缓冲层，然后在所述的第二缓冲层上形成所述的氧化物。根据该配制，可以提供性能优良的氧化物薄膜，原因是，可以在蓝宝石基质上的CeO2缓冲层上形成含Ba氧化物的薄膜而不与CeO2缓冲层中的Ce发生反应，所述的氧化物薄膜含有构成元素Ba，并且其选自氧化物磁性材料、氧化物电介质和氧化物导体中的一种。
为了实现以上所述的第二个目的，按照权利要求14的描述，本发明还提供了通过在晶体基质上外延生长氧化物高温超导体薄膜来制备含有Ba作为其构成元素的氧化物高温超导体薄膜的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：在所述的晶体基质上形成用于减少所述的晶体基质与所述的氧化物高温超导体薄膜之间的晶格失配的第一缓冲层；在所述的第一缓冲层上形成由Sr氧化物组成的、用于防止Ba从所述的氧化物高温超导体薄膜中扩散出来的第二缓冲层，然后在所述的第二缓冲层上外延生长所述的氧化物高温超导体薄膜。按照该方法可以外延生长结晶完整度和结晶取向性均优良的氧化物高温超导体的薄膜，原因是，即使用于减少氧化物高温超导体薄膜与基质之间的晶格失配的第一缓冲层由含有容易与氧化物高温超导体薄膜中的Ba发生界面反应的物质的材料所组成，第二缓冲层也能防止界面反应。
为了实现上述的第二个目的，按照权利要求15所述的内容，本发明还提供了通过在晶体基质上外延生长氧化物高温超导体薄膜来制备含有Ba作为其构成元素的氧化物高温超导体薄膜的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：在所述的晶体基质上形成由Sr氧化物构成的、用于减少所述的晶体基质与所述的氧化物高温超导体薄膜之间的晶格失配并且还能起到防止Ba从所述的氧化物高温超导体薄膜中扩散出来的作用的缓冲层；然后在所述的缓冲层上外延生长所述的氧化物高温超导体薄膜。按照该方法可以外延生长结晶完整度和结晶取向性均优良的氧化物高温超导体的薄膜，原因是，即使晶体基质由含有容易与氧化物高温超导体薄膜中的Ba发生界面反应的物质的材料所组成，Sr氧化物也能防止晶体基质内的物质与氧化物高温超导体薄膜中的Ba之间的界面反应。
在本文中，如权利要求14或权利要求15所述，含有Ba作为其构成元素的所述氧化物高温超导体由组成通式：
Cu1-xMx(Ba1-ySry)2(Ca1-zLz)n-1(Cu1-qQq)nO2n+4-w或组成通式：
(Cu1-xMx)2(Ba1-ySry)2(Ca1-zLz)n-1(Cu1-qQq)nO2n+4-w所示的组成来构成，其中：
M表示Tl、Hg、Bi、Pb、In、Ga、Al、B、C、Si、Sn、Ag、Au、S、N、P、Mo、Re、Os、Cr、Ti、V、Fe、一种镧系元素，或者一种或多种碱金属元素，
L表示Mg、Y或一种或多种镧系元素。
Q表示Mg和Zn中的任何一种或两种，并且
0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤q≤0.1，0≤w≤4且2≤n≤5。
根据该配制，可以在介电常数低的基质上外延生长结晶完整度和结晶取向性均优良的具有上述组成的氧化物高温超导体。在本文中应该注意到，具有上述组成的氧化物超导体包括所谓的YBCO型、Y(Ln)-[123]型和Hg型氧化物高温超导体。
所述的Sr氧化物可以是选自下列的任何一种：构成元素中不含Ba的薄膜形式的氧化物高温超导体、其中构成元素Ba被Sr取代的薄膜形式的氧化物高温超导体以及与所述的氧化物高温超导体薄膜晶格匹配良好的层状的Sr氧化物。根据该方法，可容易地得到与所述的氧化物高温超导体晶格匹配良好并且同时起到防止Ba从所述的外延生长的氧化物高温超导体薄膜中扩散出来的作用的缓冲层，因此，能够容易地外延生长结晶完整度和结晶取向性均优良的氧化物高温超导体薄膜。
所述的晶体基质优选是具有蓝宝石R晶面(1，-1，0，2)的蓝宝石基质。此外，权利要求1中提到的第一缓冲层可以是CeO2层，第二缓冲层具有组成通式Cu1-xMxSr2CaCu2O8-w所示的组成，其中
M表示Tl、Hg、Bi、Pb、In、Ga、Al、B、C、Si、Sn、Ag、Au、S、N、P、Mo、Re、Os、Cr、Ti、V、Fe、一种镧系元素或一种或多种碱金属元素，并且，其中
x和w分别用0≤x≤1且0≤w≤4表示。按照该方法可以外延生长结晶完整度和结晶取向性均优良的氧化物高温超导体，原因是由Cu1-xMxSr2CaCu2O8-w组成的第二缓冲层防止了第一缓冲层(由介电常数低(低至约为10)的蓝宝石R晶面(1，-1，0，2)基质上的CeO2所构成)中的Ce与外延生长的氧化物高温超导体薄膜中的Ba之间的界面反应。
在如权利要求14所述的方法中，可以外延生长含有Ba作为其构成元素的所述氧化物高温超导体薄膜，由此将用来形成该氧化物高温超导体的无定形相沉积到所述第二缓冲层上，然后将所沉积的无定形相在氧气氛中及1.0至10atm的压力下、在Ag2O或AgO的存在下、或者在Tl的存在下进行热处理。
在如权利要求15所述的方法中，可以外延生长含有Ba作为其构成元素的所述氧化物高温超导体薄膜，由此将用来形成该氧化物高温超导体的无定形相沉积到所述的缓冲层上，然后将所沉积的无定形相在氧气氛中及1.0至10atm的压力下、在Ag2O或AgO的存在下、或者在Tl的存在下进行热处理。
如权利要求24所述，本发明还提供了通过在蓝宝石R晶面(1，-1，0，2)基质上外延生长含有Ba作为其构成元素并且选自氧化物磁性材料、氧化物电介质和氧化物导体的氧化物来制备氧化物薄膜的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：在所述的蓝宝石基质上形成由CeO2薄膜制成的第一缓冲层，在所述的第一缓冲层上形成由其中的Ba被Sr取代的所述氧化物的薄膜制成的第二缓冲层，然后在所述的第二缓冲层上外延生长所述的氧化物。根据该方法，可以外延生长性能优良的氧化物薄膜，原因是可以在蓝宝石基质上的CeO2缓冲层上形成含有Ba作为其构成元素并且选自氧化物磁性材料、氧化物电介质和氧化物导体的氧化物薄膜，而不与CeO2缓冲层中的Ce发生反应。
附图简述
从下面的详细描述以及所附的用于解释本发明的某些实施形式的附图可以更好地理解本发明。在这一点上，应该注意到，附图所示的实施形式决不是限制本发明，而是为了方便本发明的解释和理解。在附图中：
图1表示在蓝宝石R(1，-1，0，2)晶面基质上生长的CeO2(100)层表面的AFM(原子力显微)图；
图2是表示本发明制造的氧化物高温超导体的XRD(X-射线衍射表)衍射图样的图形；
图3是表示本发明制造的氧化物高温超导体在平面方向的XRD测量结果的图形；
图4是XRD衍射图样的图形，该图表示按照本发明制成的第二缓冲层中的Sr没有与第一缓冲层中的Ce发生反应。
实施本发明的最佳方式
下面将参照附图所示的某些适宜的实施形式详细地描述本发明。
关于本发明的具体实施形式，首先可以提到本发明的氧化物高温超导体的制造方法。
在超导转变温度不小于77K的超导体中，Cu系氧化物高温超导体诸如CuTl-[1223]或CuTl-[1234](参见Kotai Butsuri[Solid StatePhysics]，Vol.35，No.5，2000)(即具有组成通式：Cu1-xTlxBa2Ca2Cu3O8-w或组成通式：Cu1-xTlxBa2Ca3Cu4O10-w所示的组成，其中0≤x≤1且0≤w≤4)是一种具有最小的微波表面阻抗的材料。要获得优良的微波设备需要选择介电常数低的基质，并且同时需要达到超导体薄膜与基质之间的良好晶格匹配。
虽然单晶蓝宝石R(1，-1，0，2)晶面基质因其成本低、表面积大、介电常数低而是优选的，但是，由于它与Cu系氧化物高温超导体薄膜的晶格失配太大而不能使用。
为了解决该问题，已知的是，在蓝宝石R(1，-1，0，2)晶面基质上使用CeO2(100)缓冲层是有效的。
图1表示在蓝宝石R(1，-1，0，2)晶面基质上生长的CeO2(100)层表面的AFM(原子力显微)图。由保持在525℃下蓝宝石R(1，-1，0，2)晶面基质形成样品，其中在所述晶面上在5毫托Ar和10毫托N2O的混合气中利用磁控管RF喷射有200nm厚的CeO2层，然后将其在1100℃下进行热处理。
正如从图1中可明显看出的那样，可以看出CeO2晶粒呈矩形并且沿<-1，1，0，1>和<1，1，-2，0>方向排列。因此，CeO2是用于在蓝宝石基质与氧化物高温超导体薄膜之间建立晶格匹配的最佳材料。
然而，如果试图在其上形成有CeO2缓冲层的蓝宝石基质上外延生长氧化物高温超导体薄膜，则出现的问题是：氧化物高温超导体薄膜的外延生长温度引起氧化物高温超导体薄膜中的Ba与Ce发生反应，形成BaCeO3，由此使得氧化物高温超导体薄膜在结晶完整度和结晶取向性方面难以令人满意。
本发明者已发现，通过如下方法可以解决该问题：如果在作为第一缓冲层的CeO2层上构造一层薄膜作为氧化物高温超导体的第二缓冲层(其中作为其构成元素的Ba被不容易与Ce反应的Sr代替)，然后在第二缓冲层外延生长将含Ba的氧化物高温超导体薄膜，由此得出本发明。其中用Sr取代氧化物高温超导体薄膜中的Ba的薄膜与将在其上生长的氧化物高温超导体薄膜在结晶结构和晶格常数方面是同源的，并且与后者的晶格匹配程度非常高，由于其中Sr不容易与Ce反应，其还能起到最佳缓冲层的作用；因此它使得氧化物高温超导体薄膜具有优良的结晶完整度和取向性。
本发明所形成的氧化物高温超导体(其中在晶体基质上形成含有Ba作为其构成元素的氧化物高温超导体薄膜)的特征在于，它包含用于减少晶体基质与氧化物高温超导体薄膜之间的晶格失配的第一缓冲层，以及在第一缓冲层上形成的用于防止Ba从高温超导体薄膜中扩散出来的Sr氧化物的第二缓冲层，所述缓冲层位于晶体基质和氧化物高温超导体薄膜之间。结果，可以得到结晶完整度和结晶取向性均优良的氧化物高温超导体，原因是，即使用于减少基质与氧化物高温超导体薄膜之间的晶格失配的第一缓冲层由含有易于与氧化物高温超导体薄膜中的Ba发生界面反应的材料所组成，第二缓冲层也能防止这样的表面反应或界面反应。
下面给出本发明的第一个具体实例。
首先提到样品如何制备。将蓝宝石R(1，-1，0，2)晶面基质在1100℃下热处理2小时，然后将其表面整平并保持干净。将形成的蓝宝石基质保持在600℃下，然后在5毫托Ar和10毫托N2O的混合气氛中通过磁控管RF喷射在其上形成CeO2层，膜厚为15nm。
随后使用磁控管RF在温度低至50℃的基质上喷射形成Cu1-xTlxSr2CaCu2O8-w的无定形膜，膜厚达到200nm，该组成相当于将Cu1-xTlxBa2CaCu2O8-w薄膜中的Ba用Sr取代。
然后通过磁控管RF喷射在该无定形膜上形成氧化物高温超导体的无定形膜，其组成为CuTlBa2Ca2Cu3O10-w，膜厚达到700nm。
然后，将样品从磁控管RF喷射装置中取出，然后在由银制成的密封容器(半径为18mm、高度为10mm的板形容器)中与含铊的高温超导体圆盘(由CuTlBa2Ca2Cu3Oy组成，半径为17.5mm，厚度为4mm，重量为10g)和分散于其上的50mg Tl2O3粉末颗粒一起装料，然后在860℃下热处理30分钟。
图2是表示本发明制造的氧化物高温超导体的XRD(X-射线衍射表)衍射图样的图形。在该图中，附在衍生图样的衍射峰上的数字表示其相应的Miller晶面指数，圆括号内的数字表示对应的氧化物高温超导体，附加于某些衍射峰上的字母Al2O3表示它们是蓝宝石基质的衍射峰。正如从图中可明显看出的那样，可以看出本发明制造的CuTlBa2Ca2Cu3O10-w氧化物型高温超导体(即CuTl-[1223])沿着晶体的c-轴外延生长。
图3是表示本发明制造的氧化物高温超导体的平面方向的XRD测定结果的图形。图中将衍射角2θ保持在对应于(107)Miller晶面指数的衍射角，将样品以旋转角围绕与入射平面垂直的轴进行旋转。正如从图中可明显看出的那样，可以看出本发明制造的氧化物高温超导体也具有优良的平面取向性。
下面所示的是，可以证实第二缓冲层中的Sr未与第一缓冲层中的Ce反应的实验结果。所用的样品与第一个具体实例所用的相同，所不同的是，在其上没有构造组成为CuTlBa2Ca2Cu3O10-w的氧化物高温超导体无定形膜，并且将其在890℃下进行热处理，该温度高于第一个具体实例中的处理温度。图4是表示第二缓冲层中的Sr未与第一缓冲层中的Ce发生反应的XRD衍射图样的图形。在该图中，附在衍生图样的衍射峰上的数字表示其相应的Miller晶面指数，圆括号内的数字表示对应的氧化物高温超导体的类型，附在某些衍射峰上的圆括号内的字母CeO2和Al2O3表示它们是CeO2和蓝宝石基质的衍射峰。从图中可明显地看出，未发现SrCeO3的衍射峰。该图还表示出：CeO2的衍射强度与热处理前相比基本上保持不变。由此可以证实第二缓冲层中用来取代氧化物高温超导体中的Ba的Sr没有与由CeO2组成的第一缓冲层中的Ce发生反应。
下面给出本发明的第二个具体实例。
第二个具体实例与第一个具体实例相同，所不同的是用Ag2O粉末代替Tl2O3粉末。
利用该方法制造CuTlBa2Ca2Cu3O10-w氧化物型高温超导体(即CuTl-[1223])。它的XRD测定结果显示与图2和3相同的特征，其相应的转变温度Tc和临界电流密度Jc分别是100K和4×104A/cm2。与在SrTiO3基质上制造的CuTl-[1223]氧化物型高温超导体相比，这些超导性能多少有些逊色，但是，这明显是由于破裂引起的，并且如果采取防止破裂的措施的话，这些特性将会显著提高。
虽然在以上的本发明具体实例中均是针对CuTl-[1223]氧化物型高温超导体，但是本发明显然可应用于含有构成元素Ba并且具有组成通式：Cu1-xMx(Ba1-ySry)2(Ca1-zLz)n-1(Cu1-qQq)nO2n+4-w或组成通式：(Cu1-xMx)2(Ba1-ySry)2(Ca1-zLz)n-1(Cu1-qQq)nO2n+4-w所示的组成的任何氧化物高温超导体，其中：
M表示Tl、Hg、Bi、Pb、In、Ga、Al、B、C、Si、Sn、Ag、Au、S、N、P、Mo、Re、Os、Cr、Ti、V、Fe、一种镧系元素或一种或多种碱金属元素；
L表示Mg、Y或一种或多种镧系元素；
Q表示Mg和Zn中的任何一种或两种；并且
0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤q≤0.1，0≤w≤4且2≤n≤5。
虽然在以上的具体实例中已经指出了第二缓冲层由与将要外延生长的目标氧化物高温超导体相同的氧化物高温超导体构成，所不同的是其中的Ba用Sr取代，但是显然它可以由与目标氧化物高温超导体不相同但与其相类似并且其Ba组分被Sr取代的氧化物高温超导体所构成。
虽然在以上的具体实例中已经指出了第二缓冲层由与将要外延生长的目标氧化物高温超导体相同的氧化物高温超导体构成，所不同的是其中的Ba用Sr取代，但是显然它可以是与目标氧化物高温超导体晶格匹配良好的Sr氧化物膜。
因此，作为本发明的第二种实施形式，本发明提供了由含有Ba作为其构成元素的氧化物高温超导体薄膜制成的并且在晶体基质上形成的氧化物高温超导体，其特征在于它包含由Sr氧化物构成的、位于晶体基质与氧化物高温超导膜之间的、用于减少它们之间的晶格失配并且还能防止Ba从氧化物高温超导体薄膜中扩散出来的缓冲层。于是这样也可以得到结晶完整度和结晶取向性均优良的氧化物高温超导体，原因是，Sr氧化物减少了晶体基质与氧化物高温超导体之间的晶格失配，并且同时防止了否则可能出现的晶体基质与氧化物高温超导膜中的Ba之间的界面反应(如果该基质是由含有容易与氧化物高温超导体薄膜中的Ba发生界面反应的物质的材料所构成的)。
虽然在本发明的以上实例中以在蓝宝石基质上外延生长含Ba氧化物高温超导体进行了说明，但本发明显然不限于这样的氧化物高温超导体，而是可用于在蓝宝石基质上外延生长的含有Ba的氧化物磁性材料、氧化物电介质和氧化物导体中的任何一种。
工业应用性
本发明由此可以在介电常数低的基质上制造结晶完整度高、同时结晶取向性优良的氧化物高温超导体。
Claims (26)
1、一种含有Ba作为其构成元素并在晶体基质上形成其薄膜的氧化物高温超导体，特征在于其包含：用于减少所述的晶体基质与所述的氧化物高温超导体薄膜之间的晶格失配的第一缓冲层，以及在所述的第一缓冲层上形成的由Sr氧化物制成的用于防止Ba从所述的氧化物高温超导体薄膜中扩散出来的第二缓冲层，这两个缓冲层位于所述的晶体基质与所述的氧化物高温超导体薄膜之间。
2、一种含有Ba作为其构成元素并在晶体基质上形成其薄膜的氧化物高温超导体，特征在于它包含：由Sr氧化物组成的、位于所述的晶体基质与所述的氧化物高温超导体薄膜之间的、用于减少它们之间的晶格失配并且还能防止Ba从所述的氧化物高温超导体薄膜中扩散出来的缓冲层。
3、按照权利要求1或权利要求2所述的氧化物高温超导体，其特征在于含有Ba作为其构成元素的所述氧化物高温超导体由组成通式：Cu1-xMx(Ba1-ySry)2(Ca1-zLz)n-1(Cu1-qQq)nO2n+4-w或组成通式：(Cu1-xMx)2(Ba1-ySry)2(Ca1-zLz)n-1(Cu1-qQq)nO2n+4-w所示的组成来构成，其中：M表示Tl、Hg、Bi、Pb、In、Ga、Al、B、C、Si、Sn、Ag、Au、S、N、P、Mo、Re、Os、Cr、Ti、V、Fe、一种镧系元素或一种或多种碱金属元素；L表示Mg、Y或一种或多种镧系元素；Q表示Mg和Zn中的任何一种或两种；并且0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤q≤0.1，0≤w≤4且2≤n≤5。
4、按照权利要求1或权利要求2所述的氧化物高温超导体，其特征在于所述的Sr氧化物是选自下列的任何一种：构成元素中不含Ba的薄膜形式的氧化物高温超导体、其中的构成元素Ba被Sr取代的薄膜形式的氧化物高温超导体以及与所述的氧化物高温超导体薄膜晶格匹配良好的层状的Sr氧化物。
5、按照权利要求1或权利要求2所述的氧化物高温超导体，其特征在于所述的晶体基质是蓝宝石基质。
6、按照权利要求5所述的氧化物高温超导体，其特征在于所述的蓝宝石基质具有蓝宝石R晶面(1，-1，0，2)。
7、按照权利要求1所述的氧化物高温超导体，其特征在于所述的第一缓冲层是CeO2层。
8、按照权利要求1所述的氧化物高温超导体，其特征在于所述的第二缓冲层具有组成通式Cu1-xMxSr2CaCu2O8-w所示的组成，其中，M表示Tl、Hg、Bi、Pb、In、Ga、Al、B、C、Si、Sn、Ag、Au、S、N、P、Mo、Re、Os、Cr、Ti、V、Fe、一种镧系元素或一种或多种碱金属元素，并且，其中x和w分别用0≤x≤1且0≤w≤4表示。
9、按照权利要求1所述的氧化物高温超导体，其特征在于所述的氧化物高温超导体薄膜通过外延生长制得，由此将用来形成该氧化物高温超导体的无定形相沉积到所述的第二缓冲层上，然后将沉积的无定形相在氧气氛中及1.0至10atm的压力下、在Ag2O或AgO的存在下进行热处理。
10、按照权利要求1所述的氧化物高温超导体，其特征在于所述的氧化物高温超导体薄膜通过外延生长制得，由此将用来形成该氧化物高温超导体的无定形相沉积到所述的第二缓冲层上，然后将沉积的无定形相在氧气氛中及1.0至10atm的压力下、在Tl的存在下进行热处理。
11、按照权利要求2所述的氧化物高温超导体，其特征在于所述的氧化物高温超导体薄膜通过外延生长制得，由此将用来形成该氧化物高温超导体的无定形相沉积到所述的缓冲层上，然后将沉积的无定形相在氧气氛中及1.0至10atm的压力下、在Ag2O或AgO的存在下进行热处理。
12、按照权利要求2所述的氧化物高温超导体，其特征在于所述的氧化物高温超导体薄膜通过外延生长制得，由此将用来形成该氧化物高温超导体的无定形相沉积到所述的缓冲层上，然后将沉积的无定形相在氧气氛中及1.0至10atm的压力下、在Tl的存在下进行热处理。
13、一种在蓝宝石R(1，-1，0，2)晶面基质上形成的、含有Ba作为其构成元素并且选自氧化物磁性材料、氧化物电介质和氧化物导体的氧化物薄膜，其特征在于所述的薄膜具有通过以下方法形成的层状结构：
在所述蓝宝石基质上形成由CeO2薄膜制成的第一缓冲层，
在所述的第一缓冲层上形成由其中的Ba被Sr取代的所述氧化物薄膜制成的第二缓冲层，然后
在所述的第二缓冲层上形成所述的氧化物。
14、一种通过在晶体基质上外延生长氧化物高温超导体薄膜来制备含有Ba作为其构成元素的氧化物高温超导体的薄膜的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
在所述的晶体基质上形成用于减少所述的晶体基质与所述的氧化物高温超导体薄膜之间的晶格失配的第一缓冲层；
在所述的第一缓冲层上形成由Sr氧化物组成的、用于防止Ba从所述的氧化物高温超导体薄膜中扩散出来的第二缓冲层；然后
在所述的第二缓冲层上外延生长所述的氧化物高温超导体薄膜。
15、一种通过在晶体基质上外延生长氧化物高温超导体薄膜来制备含有Ba作为其构成元素的氧化物高温超导体的薄膜的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
在所述的晶体基质上形成由Sr氧化物构成的、用于减少所述的晶体基质与所述的氧化物高温超导体薄膜之间的晶格失配并且还能防止Ba从所述的氧化物高温超导体薄膜中扩散出来的缓冲层；然后
在所述的缓冲层上外延生长所述的氧化物高温超导体薄膜。
16、按照权利要求14或权利要求15所述的制备氧化物高温超导体薄膜的方法，其特征在于所述的含有Ba作为其构成元素的氧化物高温超导体由组成通式：Cu1-xMx(Ba1-ySry)2(Ca1-zLz)n-1(Cu1-qQq)nO2n+4-w或组成通式：(Cu1-xMx)2(Ba1-ySry)2(Ca1-zLz)n-1(Cu1-qQq)nO2n+4-w所示的组成来构成，其中：M表示Tl、Hg、Bi、Pb、In、Ga、Al、B、C、Si、Sn、Ag、Au、S、N、P、Mo、Re、Os、Cr、Ti、V、Fe、一种镧系元素，或者一种或多种碱金属元素；L表示Mg、Y或一种或多种镧系元素；Q表示Mg和Zn中的任何一种或两种；并且0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤q≤0.1，0≤w≤4且2≤n≤5。
17、按照权利要求14或权利要求15所述的制备氧化物高温超导体薄膜的方法，其特征在于所述的Sr氧化物是选自下列的任何一种：构成元素中不含Ba的薄膜形式的氧化物高温超导体、其中的构成元素Ba被Sr取代的薄膜形式的氧化物高温超导体以及与所述的氧化物高温超导体薄膜晶格匹配良好的层状的Sr氧化物。
18、按照权利要求14或权利要求15所述的制备氧化物高温超导体薄膜的方法，其特征在于所述的晶体基质是蓝宝石基质。
19、按照权利要求18所述的制备氧化物高温超导体薄膜的方法，其特征在于所述的蓝宝石基质具有蓝宝石R晶面(1，-1，0，2)。
20、按照权利要求14所述的制备氧化物高温超导体薄膜的方法，其特征在于所述的第一缓冲层是CeO2层。
21、按照权利要求14所述的制备氧化物高温超导体薄膜的方法，其特征在于所述的第二缓冲层具有组成通式Cu1-xMxSr2CaCu2O8-w所示的组成，其中，M表示Tl、Hg、Bi、Pb、In、Ga、Al、B、C、Si、Sn、Ag、Au、S、N、P、Mo、Re、Os、Cr、Ti、V、Fe、一种镧系元素或一种或多种碱金属元素，并且其中x和w分别用0≤x≤1且0≤w≤4表示。
22、按照权利要求14所述的制备氧化物高温超导体薄膜的方法，其特征在于所述的含有Ba作为其构成元素的氧化物高温超导体薄膜通过外延生长制得，由此将用来形成该氧化物高温超导体的无定形相沉积到所述的第二缓冲层上，然后将沉积的无定形相在氧气氛中及1.0至10atm的压力下、在Ag2O或AgO的存在下进行热处理。
23、按照权利要求14所述的制备氧化物高温超导体薄膜的方法，其特征在于所述的含有Ba作为其构成元素的氧化物高温超导体薄膜通过外延生长制得，由此将用来形成该氧化物高温超导体的无定形相沉积到所述的第二缓冲层上，然后将沉积的无定形相在氧气氛中及1.0至10atm的压力下、在Tl的存在下进行热处理。
24、按照权利要求15所述的制备氧化物高温超导体薄膜的方法，其特征在于所述的含有Ba作为其构成元素的氧化物高温超导体薄膜通过外延生长制得，由此将用来形成该氧化物高温超导体的无定形相沉积到所述的缓冲层上，然后将沉积的无定形相在氧气氛中及1.0至10atm的压力下、在Ag2O或AgO的存在下进行热处理。
25、按照权利要求15所述的制备氧化物高温超导体薄膜的方法，其特征在于所述的含有Ba作为其构成元素的氧化物高温超导体薄膜通过外延生长制得，由此将用来形成该氧化物高温超导体的无定形相沉积到所述的缓冲层上，然后将沉积的无定形相在氧气氛中及1.0至10atm的压力下、在Tl的存在下进行热处理。
26、一种通过在蓝宝石R(1，-1，0，2)晶面基质上外延生长含有Ba作为其构成元素并且选自氧化物磁性材料、氧化物电介质和氧化物导体的氧化物来制备氧化物薄膜的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
在所述的蓝宝石基质上形成由CeO2薄膜制成的第一缓冲层，
在所述的第一缓冲层上形成由其中的Ba被Sr取代的所述氧化物薄膜制成的第二缓冲层，然后
在所述的第二缓冲层上形成所述的氧化物。
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