專利名稱：一種具有導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶有導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體(YBCO)及其制備方法，特別是涉及利用脈沖激光沉積技術(shù)在金屬基帶上制備織構(gòu)的摻雜鈦酸鍶導(dǎo)電緩沖層，然后以此為模板制備高質(zhì)量的YBCO超導(dǎo)膜的方法。
背景技術(shù)：
作為第二代高溫超導(dǎo)帶材，YBCO涂層導(dǎo)體具有高臨界電流密度(Jc)、良好的臨界電流密度-磁場(Jc-B)特性和低價(jià)格的特點(diǎn)，將來很有可能取代鉍系高溫超導(dǎo)帶材，應(yīng)用在超導(dǎo)強(qiáng)電技術(shù)領(lǐng)域，如電機(jī)、馬達(dá)、變壓器、限流器、磁體、超導(dǎo)儲(chǔ)能、核磁共振成像等。故而國外給予了高度關(guān)注，美國每年投入研究經(jīng)費(fèi)1000萬美元，日本每年投入研究經(jīng)費(fèi)10億日元，開發(fā)了接近商業(yè)化水平的制造和檢測設(shè)備。我國在過去十年中也作了不少摸索，在YBCO涂層導(dǎo)體研制方面取得了一定成果[文獻(xiàn)1Present work of YBCO-coated conductor in China，Physica C 337(2000)91；文獻(xiàn)2第二代高溫超導(dǎo)帶材的研究進(jìn)展，第八屆全國超導(dǎo)學(xué)術(shù)研討會(huì)]直接沉積在金屬基帶上的YBCO超導(dǎo)膜的超導(dǎo)性能很差，必須在金屬基帶上加一緩沖層。緩沖層的作用一方面可以誘導(dǎo)YBCO超導(dǎo)膜取向生長，另一方面又可作為隔離層防止YBCO與金屬基帶反應(yīng)及氧向基帶中擴(kuò)散。目前國際上制備YBCO涂層導(dǎo)體普遍采用的緩沖層為絕緣氧化物薄膜，如CeO2，YSZ，Y2O3，MgO等[文獻(xiàn)3Deposition of high-temperature superconducting films on biaxiallytextured Ni(001)substrates Physica C 337(2000)87；文獻(xiàn)4Pulsed laser depositionof YBCO films on ISD MgO buffered metal tapes，Supercond.Sci.Technol.16(2003)464]。但絕緣緩沖層不利于YBCO涂層導(dǎo)體的實(shí)用化需要，所以研究人員開始探索用導(dǎo)電緩沖層替代絕緣緩沖層，這樣就可以提高YBCO涂層導(dǎo)體在電力應(yīng)用中的穩(wěn)定性。目前報(bào)道的用于制備YBCO涂層導(dǎo)體的導(dǎo)電緩沖層只有鑭鍶錳氧(La0.7Sr0.3MnO3)和鈮酸鑭/銣酸鍶(LaNiO3/SrRuO3)兩種[文獻(xiàn)5La0.7Sr0.3MnO3A single，conductive-oxide buffer layer for the development of YBCOcoated conductors，Appl.Phys.Lett.79(2001)2205；文獻(xiàn)6Growth andcharacterization of conductive SrRuO3and.LaNiO3multilayers on textured Ni tapesfor high Jc YBCO coated conductors，J.Mater.Res.16(2001)2661]，其他種類的導(dǎo)電緩沖層還有待于人們研究和開發(fā)。
未摻雜的鈦酸鍶(SrTiO3)是透明的絕緣體，它具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，其晶格常數(shù)與YBCO的匹配相當(dāng)好，在鈦酸鍶單晶上很容易外延出高臨界電流密度的YBCO薄膜，因此常被選作用于制備YBCO薄膜的基片材料。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)往鈦酸鍶薄膜中摻入鈮(Nb)、銦(In)或鑭(La)時(shí)，鈦酸鍶薄膜會(huì)發(fā)生絕緣體-金屬轉(zhuǎn)變，成為導(dǎo)電薄膜[文獻(xiàn)7Control of electrical conductivity in laserablation deposited SrTiO3thin films with Nb doping，J.Appl.Phys.76(1994)5885；文獻(xiàn)8Optical properties of p-type In-doped SrTiO3thin films，J.Appl.Phys.94(2003)4558；文獻(xiàn)9Epitaxial La-doped SrTiO3on siliconA conductivetemperature for epitaxial ferroelectrics on silicon，Appl.Phys.Lett.80(2002)4801]。因此摻雜鈦酸鍶薄膜是一種用于制備YBCO涂層導(dǎo)體的非常好的導(dǎo)電緩沖層材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有攙雜鈦酸鍶導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧導(dǎo)體涂層導(dǎo)體及制備該涂層導(dǎo)體的方法；利用在鈦酸鍶薄膜中摻入鈮(Nb)、銦(In)或鑭(La)時(shí)，鈦酸鍶薄膜會(huì)發(fā)生絕緣體-金屬轉(zhuǎn)變，成為導(dǎo)電薄膜。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的具有導(dǎo)電緩沖層的YBCO涂層導(dǎo)體，包括金屬基帶、在金屬基帶上生長的摻雜鈦酸鍶導(dǎo)電緩沖層、在緩沖層上生長的YBCO超導(dǎo)層；其特征在于，所述的摻雜鈦酸鍶導(dǎo)電緩沖層包括摻鈮鈦酸鍶(SrTi1-xNbxO3，5mol％≤x≤30mol％)、摻銦鈦酸鍶(SrTi1-xInxO3，5mol％≤x≤30mol％)，或摻鑭鈦酸鍶(Sr1-xLaxTiO3，5mol％≤x≤30mol％)。
在上述的技術(shù)方案中，所述的金屬基帶包括立方織構(gòu)的鎳基帶(Ni)、鎳合金(Ni-alloy)基帶或銅(Cu)基帶。
在上述的技術(shù)方案中，所述的導(dǎo)電緩沖層的厚度為100-500nm。
本發(fā)明提供的制備具有導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體的方法，利用脈沖激光沉積技術(shù)；包括以下步驟1)把經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制備的摻鈮鈦酸鍶SrTi1-xNbxO3、摻銦鈦酸鍶SrTi1-xInxO3或摻鑭鈦酸鍶Sr1-xLaxTiO3陶瓷靶裝在反應(yīng)室中的靶托上，其中式中x為5mol％≤x≤30mol％；2)清洗金屬基帶，將機(jī)械拋光后的金屬基帶依順序用純度為99.99％的丙酮、酒精、去離子水超聲處理后，放置在脈沖激光沉積反應(yīng)室中的加熱器上；3)進(jìn)行除去金屬基帶表面氧化物雜質(zhì)操作3a)將反應(yīng)室真空抽至不低于5×10-4Pa，然后通入100-150Pa的氫、氬混合氣體，其中氫、氬的摩爾比為4％∶96％；3b)將基片溫度升至650℃，然后在此溫度下對基片退火1-2小時(shí)，以除去基片表面的氧化物雜質(zhì)；4)將反應(yīng)室中氫氬混合氣體的壓強(qiáng)降到1-5Pa，并將基片溫度升高到700-800℃，開始利用脈沖激光技術(shù)先沉積厚度約30-50nm的摻雜鈦酸鍶導(dǎo)電薄膜，然后再將反應(yīng)室內(nèi)的混合氣體抽出，充入10-2Pa純度為99.99％的高純氧，保持溫度不變，繼續(xù)沉積厚度約100-500nm的摻雜鈦酸鍶導(dǎo)電薄膜；5)制備YBCO超導(dǎo)層5a)待摻雜鈦酸鍶導(dǎo)電緩沖層沉積完后，將反應(yīng)室氣壓調(diào)整到60-70Pa，并將基片加熱到800-870℃，開始利用脈沖激光沉積YBCO超導(dǎo)層；沉積時(shí)激光能量密度和頻率分別為2-3×104J/m2和3-6Hz；5b)為了提高釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體材料的性能，還包括當(dāng)薄膜沉積完畢后，關(guān)掉激光器，在5分鐘內(nèi)將基片的溫度降至500℃，再往反應(yīng)室內(nèi)通入105Pa的高純氧，進(jìn)行后退火20分鐘，然后在15分鐘內(nèi)將溫度降至室溫。
在上述的技術(shù)方案中，所述的金屬基帶選自立方織構(gòu)的鎳基帶(Ni)、鎳合金(Ni-alloy)基帶或銅(Cu)基帶；當(dāng)使用銅基帶時(shí)，還包括在金屬銅基帶上沉積摻雜鈦酸鍶導(dǎo)電緩沖層前，在Cu基帶上先要沉積一層厚度為1-2μm的Ni或Ir膜。
在上述的技術(shù)方案中，步驟4)中制備出的摻雜鈦酸鍶導(dǎo)電緩沖層，包括摻鈮鈦酸鍶SrTi1-xNbxO3，、摻銦鈦酸鍶SrTi1-xInxO3，或摻鑭鈦酸鍶Sr1-xLaxTiO3，式中x為5mol％≤x≤30mol％。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1.摻雜鈦酸鍶導(dǎo)電緩沖層和YBCO超導(dǎo)層的晶格失配度小，在其上很容易得到高質(zhì)量的YBCO超導(dǎo)層；2.摻雜鈦酸鍶導(dǎo)電緩沖層具有很好的熱膨脹系數(shù)過渡特性(熱膨脹系數(shù)界于金屬基底和YBCO超導(dǎo)層之間)；3.摻雜鈦酸鍶導(dǎo)電緩沖層具有非常光滑的表面，在其上更容易制備表面光滑的YBCO超導(dǎo)層；4.摻雜鈦酸鍶導(dǎo)電緩沖層的氧擴(kuò)散系數(shù)很小，可以防止在制備過程中因氧的擴(kuò)善而導(dǎo)致的金屬基底表面氧化；5.同時(shí)本發(fā)明的制備方法簡單，生長過程中的實(shí)驗(yàn)參數(shù)容易控制。


圖1是利用本發(fā)明的方法，在立方織構(gòu)的Ni基帶上，生長的SrTi0.95Nb0.05O3導(dǎo)電緩沖層的XRD譜圖，可以看出緩沖層沿c軸取向生長，進(jìn)一步的ω掃描和掃描表明SrTi0.95Nb0.05O3緩沖層具有很好的雙軸織構(gòu)。
圖2是利用本發(fā)明的方法，在SrTi0.95Nb0.05O3導(dǎo)電緩沖層上，生長的YBCO超導(dǎo)層的R-T曲線，可以看出YBCO超導(dǎo)層的超導(dǎo)零電阻轉(zhuǎn)變溫度接近90K。
圖3是利用本發(fā)明的方法，在SrTi0.95Nb0.05O3導(dǎo)電緩沖層上，生長的YBCO超導(dǎo)層的臨界電流密度隨磁場的變化關(guān)系曲線，可以看出YBCO超導(dǎo)層的臨界電流密度在零場、77K時(shí)大約為1.1×106A/cm2。
具體實(shí)施例以下結(jié)合制備方法，對本發(fā)明的具有導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例1本實(shí)施例的具有SrTi0.95Nb0.05O3導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體，包括用一厚度為0.2μm的立方織構(gòu)的Ni基帶，在該Ni基帶上生長一層厚度為100nm的SrTi0.95Nb0.05O3導(dǎo)電緩沖層，再在該SrTi0.95Nb0.05O3導(dǎo)電緩沖層上，再生長一層厚度為600nm的釔鋇銅氧超導(dǎo)層。
本實(shí)施例的方法是利用常規(guī)的脈沖激光沉積工藝，在脈沖激光沉積設(shè)備中進(jìn)行；金屬基帶選用立方織構(gòu)的Ni基帶上，在其上制備帶有100nm的SrTi0.95Nb0.05O3導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體，其具體工藝如下1.把經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制備好的SrTi0.95Nb0.05O3陶瓷靶裝在反應(yīng)室中的靶托上；2.除去Ni基帶表面的氧化物雜質(zhì)；2a)用純度為99.99％的丙酮、酒精、去離子水，將機(jī)械拋光后的立方織構(gòu)的Ni基帶進(jìn)行超聲處理，經(jīng)過處理干凈后的Ni基帶放置在脈沖激光沉積反應(yīng)室中的加熱器上備用；2b)將反應(yīng)室抽真空至10-4Pa，然后通入100Pa的氫、氬混合氣體，其中氫氣、氬氣的摩爾比為4％∶96％。將步驟2a)放置在反應(yīng)室中的加熱器上的Ni基帶加溫至650℃，在此溫度下對Ni基帶退火1小時(shí)后，得到已除去基帶表面氧化物雜質(zhì)后的Ni基帶。
3.制備100nm厚的SrTi0.95Nb0.05O3導(dǎo)電緩沖層；調(diào)整反應(yīng)室混合氣體的氣壓至3Pa，對步驟2得到的基帶加熱到750℃，利用脈沖激光先沉積一層30nm厚的SrTi0.95Nb0.05O3導(dǎo)電薄膜。然后將反應(yīng)室內(nèi)的混合氣體抽出，并充入10-2Pa純度為99.99％的高純氧，再利用脈沖激光繼續(xù)沉積70nm厚的SrTi0.95Nb0.05O3導(dǎo)電薄膜。沉積時(shí)激光能量密度約為2×104J/m2，頻率為2Hz，靶與基片之間的距離為45mm。圖1所示為利用本實(shí)施例的方法，在立方織構(gòu)的Ni基帶上，生長的SrTi0.95Nb0.05O3導(dǎo)電緩沖層的XRD譜圖，可以看出緩沖層沿c軸取向生長，進(jìn)一步的ω掃描和掃描表明SrTi0.95Nb0.05O3緩沖層具有很好的雙軸織構(gòu)。
4.制備YBCO超導(dǎo)層；4a)待SrTi0.95Nb0.05O3導(dǎo)電緩沖層沉積完后，將反應(yīng)室氣壓調(diào)整到70Pa，并將基片加熱到850℃，開始利用脈沖激光沉積YBCO超導(dǎo)層。沉積時(shí)激光能量密度和頻率分別為3×104J/m2和4Hz，沉積時(shí)間為40min，得到的膜厚約為600nm；4b)為了提高釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體材料的性能，當(dāng)薄膜沉積完畢后，關(guān)掉激光器，在5分鐘內(nèi)將基片的溫度降至500℃，再往反應(yīng)室內(nèi)通入105Pa的高純氧，進(jìn)行后退火20分鐘，然后在15分鐘內(nèi)將溫度降至室溫。
如圖2所示利用本實(shí)施例的方法，在SrTi0.95Nb0.05O3導(dǎo)電緩沖層上，生長的YBCO超導(dǎo)層的R-T曲線，可以看出YBCO超導(dǎo)層的超導(dǎo)零電阻轉(zhuǎn)變溫度接近90K。
如圖3所示利用本實(shí)施例的方法，在SrTi0.95Nb0.05O3導(dǎo)電緩沖層上，生長的YBCO超導(dǎo)層的臨界電流密度隨磁場的變化關(guān)系曲線，可以看出YBCO超導(dǎo)層的臨界電流密度在零場、77K時(shí)大約為1.1×106A/cm2。
實(shí)施例2本實(shí)施例的具有SrTi0.7Nb0.3O3導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體，包括在一厚度為0.2μm的立方織構(gòu)的Ni基帶，在立方織構(gòu)的Ni基帶上生長一層厚度為500nm的SrTi0.7Nb0.3O3導(dǎo)電緩沖層，在該SrTi0.7Nb0.3O3導(dǎo)電緩沖層生長一層厚度為600nm的釔鋇銅氧超導(dǎo)層。
在立方織構(gòu)的Ni基帶上制備帶有500nm的SrTi0.7Nb0.3O3導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體的方法如下本實(shí)施例的制備方法除步驟1和制備導(dǎo)電緩沖層的工藝與實(shí)施例1不同，其余重復(fù)實(shí)施例1中的步驟，制備導(dǎo)電緩沖層的工藝如下在靶托上換成預(yù)先燒結(jié)的SrTi0.7Nb0.3O3陶瓷靶材；制備一500nm厚的SrTi0.7Nb0.3O3導(dǎo)電緩沖層；具體工藝調(diào)整為將反應(yīng)室混合氣體的氣壓調(diào)整至5Pa，對實(shí)施例1中的步驟2得到的基帶加熱到800℃，利用脈沖激光先沉積一層50nm厚的SrTi0.7Nb0.3O3導(dǎo)電薄膜，然后將反應(yīng)室內(nèi)的混合氣體抽出，并充入10-2Pa純度為99.99％的高純氧，再利用脈沖激光繼續(xù)沉積450nm厚的SrTi0.7Nb0.3O3導(dǎo)電薄膜。沉積時(shí)激光能量密度約為2×104J/m2，頻率為4Hz，靶與基片之間的距離為45mm。
實(shí)施例3本實(shí)施例的具有SrTi0.9In0.1O3導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體，包括一厚度為0.2μm的立方織構(gòu)的Ni合金基帶，在該立方織構(gòu)的Ni合金基帶上生長一層厚度為200nm的SrTi0.9In0.1O3導(dǎo)電緩沖層，在該SrTi0.9In0.1O3導(dǎo)電緩沖層再生長一層厚度為600nm的釔鋇銅氧超導(dǎo)層。
在立方織構(gòu)的Ni合金基帶上制備帶有200nm的SrTi0.9In0.1O3導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體的方法如下1.把經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制備好的SrTi0.9In0.1O3陶瓷靶裝在反應(yīng)室中的靶托上；
2.除去Ni合金基帶表面的氧化物雜質(zhì)；2a)用純度為99.99％的丙酮、酒精、去離子水，將機(jī)械拋光后的立方織構(gòu)的Ni合金基帶進(jìn)行超聲處理，經(jīng)過處理干凈后的Ni合金基帶放置在脈沖激光沉積反應(yīng)室中的加熱器上備用；2b)將反應(yīng)室抽真空至10-4Pa，然后通入150Pa的氫、氬混合氣體，其中氫、氬的摩爾比為4％∶96％。將步驟2a)放置在反應(yīng)室中的加熱器上的Ni合金基帶加溫至650℃，在此溫度下對Ni合金基帶退火2小時(shí)后，得到已除去基帶表面氧化物雜質(zhì)后的Ni合金基帶。
3.制備200nm厚的SrTi0.9In0.1O3導(dǎo)電緩沖層；調(diào)整反應(yīng)室混合氣體的氣壓至1Pa，對步驟2得到的基帶加熱到700℃，利用脈沖激光先沉積一層40nm厚的SrTi0.9In0.1O3導(dǎo)電薄膜，然后將反應(yīng)室內(nèi)的混合氣體抽出，并充入10-2Pa純度為99.99％的高純氧，再利用脈沖激光繼續(xù)沉積160nm厚的SrTi0.9In0.1O3導(dǎo)電薄膜。沉積時(shí)激光能量密度約為3×104J/m2，頻率為3Hz，靶與基片之間的距離為50mm。
4.重復(fù)實(shí)施例1中步驟4，制備YBCO超導(dǎo)層。
實(shí)施例4本實(shí)施例的具有SrTi0.8In0.2O3導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體，包括一厚度為0.2μm的立方織構(gòu)的Ni合金基帶，在該立方織構(gòu)的Ni合金基帶上生長一層厚度為300nm的SrTi0.8In0.2O3導(dǎo)電緩沖層，再在該SrTi0.8In0.2O3導(dǎo)電緩沖層生長一層厚度為600nm的釔鋇銅氧超導(dǎo)層。
在立方織構(gòu)的Ni合金基帶上制備帶有300nm的SrTi0.9In0.2O3導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體的方法如下1.把經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制備好的SrTi0.9In0.2O3陶瓷靶裝在反應(yīng)室中的靶托上；2.重復(fù)實(shí)施例3中步驟2，除去Ni合金基帶表面的氧化物雜質(zhì)；3.制備300nm厚的SrTi0.8In0.2O3導(dǎo)電緩沖層；調(diào)整反應(yīng)室混合氣體的氣壓至2Pa，對步驟2得到的基帶加熱到730℃，利用脈沖激光先沉積一層50nm厚的SrTi0.8In0.2O3導(dǎo)電薄膜，然后將反應(yīng)室內(nèi)的混合氣體抽出，并充入10-2Pa純度為99.99％的高純氧，再利用脈沖激光繼續(xù)沉積250nm厚的SrTi0.8In0.2O3導(dǎo)電薄膜。沉積時(shí)激光能量密度約為3×104J/m2，頻率為3Hz，靶與基片之間的距離為48mm。
4.重復(fù)實(shí)施例1中步驟4，制備YBCO超導(dǎo)層。
實(shí)施例5本實(shí)施例的具有Sr0.85La0.15TiO3導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體，包括在一厚度為0.2μm的立方織構(gòu)的Cu基帶，在立方織構(gòu)的Cu基帶上生長一層厚度為2.0μm厚的Ni膜，在Ni膜上生長400nm的Sr0.85La0.15TiO3導(dǎo)電緩沖層，再在該Sr0.85La0.15TiO3導(dǎo)電緩沖層生長一層厚度為400nm的釔鋇銅氧超導(dǎo)層。
本實(shí)施例使用立方織構(gòu)的Cu基帶，在其上制備帶有400nm的Sr0.85La0.15TiO3導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體，首先在該金屬Cu基帶上先要沉積一層厚度為1-2μm的Ni或Ir膜，再在其上生長Sr0.85La0.15TiO3導(dǎo)電緩沖層，具體步驟如下1.把經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制備好的Sr0.85La0.15TiO3陶瓷靶裝在反應(yīng)室中的靶托上；2.重復(fù)實(shí)施例3中步驟2，除去Cu基帶表面的氧化物雜質(zhì)；3.制備Ni膜；調(diào)整反應(yīng)室混合氣體的氣壓至1Pa，然后利用脈沖激光沉積一層2.0μm厚的Ni膜。沉積時(shí)激光能量密度約為2×104J/m2，頻率為3Hz，靶與基片之間的距離為40mm。
4.制備400nm的Sr0.85La0.15TiO3導(dǎo)電緩沖層；調(diào)整反應(yīng)室混合氣體的氣壓至4Pa，對步驟2得到的基帶加熱到780℃，利用脈沖激光先沉積一層50nm厚的Sr0.85La0.15TiO3導(dǎo)電薄膜，然后將反應(yīng)室內(nèi)的混合氣體抽出，并充入10-2Pa純度為99.99％的高純氧，再利用脈沖激光繼續(xù)沉積350nm厚的Sr0.85La0.15TiO3導(dǎo)電薄膜。沉積時(shí)激光能量密度約為3×104J/m2，頻率為4Hz，靶與基片之間的距離為45mm。
5.制備YBCO超導(dǎo)層5a)待Sr0.85La0.15TiO3導(dǎo)電緩沖層沉積完后，將反應(yīng)室氣壓調(diào)整到60Pa，并將基片加熱到800℃，開始利用脈沖激光沉積YBCO超導(dǎo)層；沉積時(shí)激光能量密度和頻率分別為3×104J/m2和6Hz，沉積時(shí)間為20min，得到的膜厚約為400nm；5b)為了提高釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體材料的性能，當(dāng)薄膜沉積完畢后，關(guān)掉激光器，在5分鐘內(nèi)將基片的溫度降至500℃，再往反應(yīng)室內(nèi)通入105Pa的高純氧，進(jìn)行后退火20分鐘，然后在15分鐘內(nèi)將溫度降至室溫。
實(shí)施例6本實(shí)施例的具有Sr0.7La0.3TiO3導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體，包括在一厚度為0.2μm的立方織構(gòu)的Cu基帶，在立方織構(gòu)的Cu基帶上生長一層厚度為1.0μm厚的Ir膜，在Ir膜上生長厚度為300nm的Sr0.7La0.3TiO3導(dǎo)電緩沖層，在該Sr0.7La0.3TiO3導(dǎo)電緩沖層生長一層厚度為400nm的釔鋇銅氧超導(dǎo)層。
在立方織構(gòu)的Cu基帶上制備帶有300nm的Sr0.7La0.3TiO3導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體的方法如下1.把經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制備好的Sr0.7La0.3TiO3陶瓷靶裝在反應(yīng)室中的靶托上；2.重復(fù)實(shí)施例3中步驟2，除去Cu基帶表面的氧化物雜質(zhì)；3.制備Ir膜；調(diào)整反應(yīng)室混合氣體的氣壓至1Pa，然后利用脈沖激光沉積一層1.0μm厚的Ir膜。沉積時(shí)激光能量密度約為3×104J/m2，頻率為3Hz，靶與基片之間的距離為40mm。
4.制備300nm的Sr0.7La0.3TiO3導(dǎo)電緩沖層；調(diào)整反應(yīng)室混合氣體的氣壓至4Pa，對步驟2得到的基帶加熱到780℃，利用脈沖激光先沉積一層40nm厚的Sr0.7La0.3TiO3導(dǎo)電薄膜，然后將反應(yīng)室內(nèi)的混合氣體抽出，并充入10-2Pa純度為99.99％的高純氧，再利用脈沖激光繼續(xù)沉積260nm厚的Sr0.7La0.3TiO3導(dǎo)電薄膜。沉積時(shí)激光能量密度約為3×104J/m2，頻率為4Hz，靶材與基片之間的距離為45mm。
5.重復(fù)實(shí)施例5中步驟5，制備YBCO超導(dǎo)層。
以上實(shí)施例的原料均使用分析純以上的原料，靶材燒炙時(shí)的配料均按摩爾計(jì)算。
權(quán)利要求
1.一種具有導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體，包括金屬基帶、在金屬基帶上生長的導(dǎo)電緩沖層、在導(dǎo)電緩沖層上生長的YBCO超導(dǎo)層；其特征在于，所述的導(dǎo)電緩沖層為摻雜鈦酸鍶導(dǎo)電緩沖層，包括摻鈮鈦酸鍶SrTi1-xNbxO3、摻銦鈦酸鍶SrTi1-xInxO3或摻鑭鈦酸鍶Sr1-xLaxTiO3，其中x為5mol％≤x≤30mol％。
2.按權(quán)利要求1所述的具有導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體，其特征在于，所述的金屬基帶選自立方織構(gòu)的鎳基帶、鎳合金基帶或銅基帶。
3.按權(quán)利要求1所述的具有導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體，其特征在于，所述的摻雜鈦酸鍶導(dǎo)電緩沖層的厚度為100-500nm。
4.一種制備權(quán)利要求1所述的具有導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體的方法，在脈沖激光淀積設(shè)備中，利用脈沖激光沉積工藝；其特征在于，包括以下步驟1)把經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制備的摻鈮鈦酸鍶SrTi1-xNbxO3、摻銦鈦酸鍶SrTi1-xInxO3或摻鑭鈦酸鍶Sr1-xLaxTiO3陶瓷靶材裝在反應(yīng)室中的靶托上，其中式中x為5mol％≤x≤30mol％；2)清洗金屬基帶，將機(jī)械拋光后的金屬基帶依順序用純度為99.99％的丙酮、酒精、去離子水超聲處理后，放置在脈沖激光沉積反應(yīng)室中的加熱器上；3)進(jìn)行除去金屬基帶表面氧化物雜質(zhì)操作；3a)將反應(yīng)室真空抽至不低于5×10-4Pa，然后通入100-150Pa的氫、氬混合氣體，其中氫氣、氬氣混合的摩爾比為4％∶96％；3b)將基片溫度升至650℃，然后在此溫度下對基片退火1-2小時(shí)，以除去基片表面的氧化物雜質(zhì)。4)將反應(yīng)室中氫氬混合氣體的壓強(qiáng)降到1-5Pa，并將基片溫度升高到700-800℃，開始利用脈沖激光沉積工藝先沉積厚度約30-50nm的摻雜鈦酸鍶導(dǎo)電薄膜；然后再將反應(yīng)室內(nèi)的混合氣體抽出，充入10-2Pa純度為99.99％的高純氧，保持溫度不變，繼續(xù)沉積厚度約100-500nm的摻雜鈦酸鍶導(dǎo)電薄膜；5)制備釔鋇銅氧超導(dǎo)層；待摻雜鈦酸鍶導(dǎo)電緩沖層沉積完后，將反應(yīng)室氣壓調(diào)整到60-70Pa，并將基片加熱到800-870℃，開始利用脈沖激光沉積YBCO超導(dǎo)層；沉積過程中激光能量密度和頻率分別保持在2-3×104J/m2和3-6Hz之內(nèi)。
5.按權(quán)利要求4所述的制備具有導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體的方法，其特征在于，所述的步驟2)中所述的金屬基帶選自織構(gòu)的鎳、鎳合金或銅基帶。
6.按權(quán)利要求4所述的制備具有導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體的方法，其特征在于，在Cu基帶上沉積摻雜鈦酸鍶導(dǎo)電緩沖層前，還包括先要在Cu基帶上沉積一層厚度為1-2μm的Ni或Ir膜層。
7.按權(quán)利要求4所述的制備具有導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體的方法，其特征在于，所述的步驟4)中沉積的摻雜鈦酸鍶導(dǎo)電緩沖層，包括摻鈮鈦酸鍶SrTi1-xNbxO3、摻銦鈦酸鍶SrTi1-xInxO3或摻鑭鈦酸鍶Sr1-xLaxTiO3，其中x為5mol％≤x≤30mol％。
8.按權(quán)利要求4所述的制備具有導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體的方法，其特征在于，所述的步驟4)中所利用的脈沖激光沉積的參數(shù)為激光能量密度2-3×104J/m2，激光頻率1-10Hz，靶與基片間距為40-50mm。
9.按權(quán)利要求4所述的制備具有導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體的方法，其特征在于，所述的步驟4)還包括當(dāng)YBCO超導(dǎo)層沉積完畢后，關(guān)掉激光器，在5分鐘內(nèi)將基片的溫度降至500℃，再往反應(yīng)室內(nèi)通入105Pa的高純氧，進(jìn)行后退火20分鐘，然后在15分鐘內(nèi)將溫度降至室溫。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有導(dǎo)電緩沖層的釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體，包括在金屬基帶上生長的摻雜鈦酸鍶導(dǎo)電緩沖層，在緩沖層上生長的YBCO超導(dǎo)層；所述的摻雜鈦酸鍶包括摻鈮鈦酸鍶SrTi
文檔編號H01L39/24GK1905081SQ20051008707
公開日2007年1月31日 申請日期2005年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月26日
發(fā)明者王淑芳, 周岳亮, 趙嵩卿, 韓鵬, 陳正豪, 呂惠賓, 金奎娟, 程波林, 何萌, 楊國楨 申請人:中國科學(xué)院物理研究所