【摘 要】
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YBa2Cu3O7-8(YBCO)超导薄膜具有优异的电学性能,用其制作的电子器件在液氮温区具有超高灵敏度、低功耗、强抗干扰能力等优点。随着高温超导电子器件在SQUID、微波、超导天线等众多领域中的广泛应用,促进了超导薄膜微细图形制备技术的发展。本论文把溶胶-凝胶与化学修饰相结合的薄膜微细加工工艺应用到高温超导领域,对YBCO超导薄膜的微细图形进行研究,并结合超导薄膜图形的制备和I-V曲线测试装置的设计,实现YBCO超导薄膜临界电流密度(Jc)值的测量。这些研究对于高温超导器件的制备和性能测试具有重要意义。
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YBa2Cu3O7-8(YBCO)超导薄膜具有优异的电学性能,用其制作的电子器件在液氮温区具有超高灵敏度、低功耗、强抗干扰能力等优点。随着高温超导电子器件在SQUID、微波、超导天线等众多领域中的广泛应用,促进了超导薄膜微细图形制备技术的发展。本论文把溶胶-凝胶与化学修饰相结合的薄膜微细加工工艺应用到高温超导领域,对YBCO超导薄膜的微细图形进行研究,并结合超导薄膜图形的制备和I-V曲线测试装置的设计,实现YBCO超导薄膜临界电流密度(Jc)值的测量。这些研究对于高温超导器件的制备和性能测试具有重要意义。 本研究以醋酸铜、醋酸钇、醋酸钡和三氟乙酸为起始原料,丙烯酸(AA)为修饰剂,合成了具有感光性的YBCO/AA溶胶,通过在溶胶中添加苯酰丙酮(BzAcH)制得了具有不同感光特性的YBCO/AA/BzAcH溶胶,并采用提拉法在硅、石英和铝酸镧(LAO)基板上制备出两种溶胶的凝胶膜。分别对YBCO/AA凝胶膜和YBCO/AA/BzAcH凝胶膜进行紫外、红外光谱测试,结果表明两种凝胶膜在紫外区具有感光特性,吸收峰分别在245nm和325nm处。 利用凝胶膜的感光特性,通过紫外掩模光刻法对YBCO/AA系凝胶膜进行微细图形化加工,发现采用YBCO/AA溶胶制备图形所需曝光时间为40min,微细化最小线宽为10μm,而采用YBCO/AA/BzAcH溶胶制备图形所需曝光时间为20min,微细化最小线宽可达2μm。通过表面轮廓仪、XRD、SEM和超导临界转变温度(Tc)测试系统对热处理后的薄膜图形进行性能分析,结果表明：采用YBCO/AA溶胶和YBCO/AA/BzAcH溶胶制备出的YBCO薄膜图形均清晰、均匀、规整,与掩模负相一致；c轴取向均良好,Tc值分别为92 K和91.6 K,转变宽度(△T)值分别为0.7 K和0.9 K。 基于四引线法原理和超导Tc测试系统,通过配置仪器,调整线路、加载软件,设计出超导I-V曲线的测试装置。并结合薄膜的图形化加工,制备出“工”字型薄膜样品,测试样品的I-V曲线,计算出其Jc值。该方法中,Jc测试与Tc测试可在同一过程中完成,且二者间测试线路转换简单。测试得出:YBCO/AA溶胶和YBCO/AA/BzAcH溶胶所制备的超导薄膜的Jc值分别为0.43×105A/cm2和0.6x105A/cm2。
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由于YBa2Cu3O7-x(YBCO)高温超导薄膜具备优异的电学性能,用其制作的高温超导微波无源器件具有体积小、重量轻、损耗低、噪声小、低色散等优点,因此其在微电子应用领域有很好的市场前景。然而,这些微电子器件的集成化和产业化对大面积薄膜材料的制备提出了迫切的要求,因此制备性能良好的大面积YBCO薄膜成为高温超导薄膜的研究重点。溶胶-凝胶法具备成本低廉,工艺简单,可以在任意尺寸和形状的衬底上成膜等特点,是一种制备大面积YBCO薄膜极具潜力的方法。 本文采用以丙烯酸作为铜离子络合剂的低氟溶胶工艺,
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