3英寸双面YBCO薄膜热场及膜厚分布研究
摘要
本文针对φ3英寸YBCO高温超导双面薄膜的制备技术，研究了靶材烧制、薄膜膜厚分布、加热器设计与制作，制备出了具有87k超导性的3英寸YBCO双面薄膜样品。
首先通过对烧结工艺条件的探索，最终找到较好的工艺条件烧结大尺寸筒型YBCO高温超导靶材。
其次，对φ3英寸范围内的膜厚分布进行了理论模拟，在此基础上和试验结果对比分析，发现：在倒筒靶直流溅射装置下，如果采用一种让基片中心和靶中心处于相对偏心距离为18mm的位置来制备φ3英寸薄膜，其膜厚分布的均匀度范围控制在8％以内。
最后，对用于倒筒靶直流溅射装置上的加热器的热场分布进行了理论研究，并在此基础上设计和加工出φ3英寸加热炉。通过试验检测发现所设计的加热器基本满足要求：温度的误差可控制在6％以内。
论文的最后阶段，利用优化的工艺条件制备出了具有超导性能的φ3英寸YBCO双面超导薄膜
In this dissertation, a special shape cylindrical target of YBCO is designed and sintered for the Inverted Cylindrical DC Sputtering (ICDS) device.
Then, the thickness distribution of the 3 inch size thin films has been simulated. Contrasting the results of simulation and the experiment for depositing the 3 inch thin films by ICDS technique, the center position of substrate and the target is in a 18mm offset, the thickness distribution homogeneity is under 8%.
Based on the analyses of the theoretic heat distribution for the radiant heating system, a 3 inch size radiant heater fitting for the requirement is designed and made, whose temperature difference is under 6%.
Besides, a 3 inch double-sided epitaxial YBCO Super-conducting thin film has been deposited on LaAlO3(100) substrate with the optimum deposition conditions
首先通过对烧结工艺条件的探索，最终找到较好的工艺条件烧结大尺寸筒型YBCO高温超导靶材。
其次，对φ3英寸范围内的膜厚分布进行了理论模拟，在此基础上和试验结果对比分析，发现：在倒筒靶直流溅射装置下，如果采用一种让基片中心和靶中心处于相对偏心距离为18mm的位置来制备φ3英寸薄膜，其膜厚分布的均匀度范围控制在8％以内。
最后，对用于倒筒靶直流溅射装置上的加热器的热场分布进行了理论研究，并在此基础上设计和加工出φ3英寸加热炉。通过试验检测发现所设计的加热器基本满足要求：温度的误差可控制在6％以内。
论文的最后阶段，利用优化的工艺条件制备出了具有超导性能的φ3英寸YBCO双面超导薄膜
In this dissertation, a special shape cylindrical target of YBCO is designed and sintered for the Inverted Cylindrical DC Sputtering (ICDS) device.
Then, the thickness distribution of the 3 inch size thin films has been simulated. Contrasting the results of simulation and the experiment for depositing the 3 inch thin films by ICDS technique, the center position of substrate and the target is in a 18mm offset, the thickness distribution homogeneity is under 8%.
Based on the analyses of the theoretic heat distribution for the radiant heating system, a 3 inch size radiant heater fitting for the requirement is designed and made, whose temperature difference is under 6%.
Besides, a 3 inch double-sided epitaxial YBCO Super-conducting thin film has been deposited on LaAlO3(100) substrate with the optimum deposition conditions
引文
[1] 章立源著，超导体，科学出版社，1989
[2] Paulm.Grant, IEEE Tran. Appl. Superconduc., Vol.7, No.2, June 1997, 112
[3] 林良真，肖立业，科技导报，4/2000，31
[4] 平一梅、樊江水、张振杰等，高Tc超导薄膜红外（光）探测器的研究，西北大学学报，Vol.27，No.5，Oct，1997
[5] 张其劲、卢剑、罗正祥等，用于微波器件的大面积YBCO超导薄膜，稀有金属，Vol18，No.6，11，1994
[6] S.H.Talisa, M.A.Janocko, D.L.Meier, et al., IEEE Tran. Appl. Superconduc., Vol.5, No.2, June 1995, 2079
[7] 李林，高温超导薄膜无源微波器件的应用，物理学报，Vol.30，No.7，2001
[8] Dew Hughes D, Microwave Physics and Technique Netherlands, Kulwer Academic Publishers, 1997
[9] S.H.Talisa, M.A.Janocko, D.L.Meier, et al., IEEE Tran. Appl. Superconduc., Vol.5, No.2, June 1995, 2291
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[23] J.Geerk, F.Ratzed, H.Rietschel, et al., IEEE Tran. Appl. Superconduc., Vol.9, No.2, June 1999, 1543
[24] 杨邦朝，王文生著，薄膜物理与技术，电子科技大学出版社，1994
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[28] 杨刚、艾云龙、罗军明等，Al2O3-3Y-8Ce-TZP复合陶瓷材料烧结工艺研究，机械工程材料，Vol.26，No.5，May，2002
[29] 傅焰峰、李佐宜、卢德新等，LiNbO3陶瓷溅射靶材的制备工艺研究，华中理工大学学报，Vol.24，No.5，May，1996
[30] 张其瑞主编，高温超导电性，浙江大学出版社，杭州，1992
[31] 林良真，张金龙，李传义等著，超导电性及其应用，北京工业大学出版社，1998
[32] 鲍峰，硕士论文，电子科技大学，1993
[33] 张有纲，张永祥，许恒生，电子材料现代分析概论，国防工业出版社，1993
[34] Wong-Ng, W.McMurdie, H.Pareizking et al Powder Diffraction 2,192 (1987)
[35] 田民波、刘德令编译，薄膜科学与技术手册（上册），机械工业出版社，1991
[36] [日]金原粲，薄膜的基本技术，科学出版社，1982
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[38] Y.L.Zhou, J. Superconduc, 9(1996), 625
[39] 陶百万、罗安、李言荣等，大面积YBCO高温超导双面薄膜的生长研究，真空科学与技术，Vol.21，No.1，1，2001
[40] 李言荣、陶百万、刘兴钊等，大面积双面外延YBCO超导薄膜研制，电子学报，Vol.28，No.12，Dec，2000
[41] 陶百万、刘兴钊、张鹰等，倒筒式直流溅射法生长大尺寸双面YBCO高温超导薄膜，硅酸盐学报，Vol.30，No.2，April，2002
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