激光化學(xué)氣相沉積法制備YBa2Cu3O7-δ超導(dǎo)薄膜

吳 慰，張 瓊，蘇 軾，趙 培

武漢工程大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430205

第二代高溫超導(dǎo)材料YBa2Cu3O7-δ（YBCO）自1987年發(fā)現(xiàn)以來［1-3］，在世界范圍內(nèi)便受到了廣泛關(guān)注。YBCO材料具備臨界電流密度（critical cur?rent density，JC）高、臨界溫度（Current temperature，TC=93 K）高和交流損耗低等優(yōu)異特性，且相比于第一代釔系高溫超導(dǎo)材料（Bi-Sr-Ca-Cu-O，TC=110 K），YBCO的制備使用哈氏金屬基帶取代銀包套，成本更低，同時(shí)在高磁場(chǎng)環(huán)境中YBCO仍具有很好的載流性能［4-5］，因此受到世界各國(guó)重視并投入大量資源進(jìn)行研究。目前YBCO高溫超導(dǎo)材料主要應(yīng)用于強(qiáng)電、微波、紅外、弱磁場(chǎng)探測(cè)和開關(guān)元件等領(lǐng)域［6-8］。

現(xiàn)國(guó)內(nèi)外制備YBCO超導(dǎo)薄膜的方法主要有脈沖激光沉積法（plused laser deposition，PLD）［9］、蒸發(fā)法（evaporation）［10］、磁控濺射法（magnetron sputtering）［11］、三氟 乙 酸 鹽-金 屬有 機(jī) 物 沉 積 法（TFA-MOD）［12］、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法（metalorganic chemical vapor deposition，MOCVD）等［13-16］。相比于其他的制備方法，MOCVD法因具有薄膜覆蓋均勻、可控性高、適合大面積制膜且設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單和沉積速率較高等特性在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較廣。同時(shí)，在MOCVD方法的基礎(chǔ)上，利用激光、等離子體和磁場(chǎng)等輔助技術(shù)，可有效提升薄膜沉積速率及薄膜質(zhì)量。在這些輔助技術(shù)中，激光化學(xué)氣相沉積法（laser chemical vapor deposition，LCVD）是利用光能使氣體分解并促進(jìn)表面反應(yīng)的一種成膜方式［17-22］，激光輔助的作用主要分為兩方面：熱效應(yīng)和光效應(yīng)。熱效應(yīng)是利用激光照射到生長(zhǎng)層為薄膜生長(zhǎng)提供了熱量，從而大幅降低薄膜沉積所需溫度，同時(shí)激光照射在生長(zhǎng)面上形成穿透層，為薄膜的生長(zhǎng)面提供均勻的熱場(chǎng)，有效避免了厚度效應(yīng)，制備的薄膜取向好，缺陷少。光效應(yīng)是利用激光的激化作用，使反應(yīng)氣體分子直接吸收光子轉(zhuǎn)化為振動(dòng)能量從而被激發(fā)，降低了反應(yīng)所需的活化能，大幅提高了薄膜沉積速率。……