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MgB2薄膜的制备是其在超导电子学应用中的基础。
本论文介绍了我们分别用脉冲激光沉积和电子束蒸发技术制备MgB2薄膜的实验工作。通过在不同方向上的尝试得到了三种类型的样品:
1.采用Mg-B混合膜覆盖Mg层的实验方案,在PLD系统中原位退火方法制备出了MgB2薄膜,Tc最高为36K,转变宽度0.8K。但这类样品结构上的致密性较差,表面的大颗粒也对其在器件上的应用有一定影响。
2.用电子束蒸镀B膜前驱体在900℃Ar气氛中外退火方法制备出的样品,其超导性能优异,Tc在38K以上,转变宽度仅0.3K。薄膜的晶体生长质量好,具有明显的c轴取向,但表面存在比较明显的Mg污染问题。
3.用电子束蒸镀的Mg/B多层膜在750℃Ar气氛中退火制备出大小为10×10mm2均匀平整的MgB2薄膜,其在5×5μm2区域内的方均根粗糙度为9.8nm。该方法工艺稳定,样品性能均衡,Tc为35K左右,转变宽度0.8K,在20K时的临界电流密度Jc达到3.5×106A/cm2。
利用得到的MgB2薄膜样品,我们考察了两个MgB2超导体之间的连接问题。采用机械压力方式实现的简单连接,其通过接点处的直流Tc与单个样品相同,承载的临界电流在10K时有约两个量级的衰减。
采用PLD原位退火的方法和电子束多层膜退火的方法制备的10×10mm2样品,通过微加工技术制成了MgB2薄膜的共面谐振器。其中电子束多层膜方法制备的样品器件性能更为出色,在10GHz微波场下10K时的有载品质因数达到4700以上。
此外我们还讨论了MgB2薄膜的化学腐蚀以及表面Mg颗粒去除等实验中具体问题的解决办法。
我们的工作为进一步的MgB2器件应用研究奠定了良好基础。