[发明专利]一种双面高温超导薄膜多层结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双面高温超导薄膜多层结构及其制备方法，特别是利用耐高温玻璃、单晶硅等低成本非氧化物单晶基片上制备双面高温超导钇钡铜氧(YBCO)薄膜及其制备方法。

背景技术

大面积双面高温超导薄膜材料在通信基站用高性能微波滤波器、延迟线等器件应用中具有广阔的市场前景。

目前大面积双面高温超导薄膜材料的制备是在单晶氧化物基片(如LaAlO₃、CeO₂/Al₂O₃/CeO₂、MgO、YSZ等)上制备钇钡铜氧(YBCO)等薄膜材料。由于此类基片材料的晶格与钇钡铜氧(YBCO)的晶格具有良好的匹配性，从而比较容易生长出具有c轴取向的超导薄膜材料，获得高的超导转变温度Tc、临界电流密度Jc以及微波表面电阻Rs等性能。但其单晶氧化物基片的成本相对较高。以直径φ2″LaAlO₃双面抛光基片为例，价格在2500元人民币以上，而同尺寸单晶硅基片成本仅为20元左右。如能在保持材料性能的前提下，采用低成本基片制备双面高温超导钇钡铜氧(YBCO)薄膜，则可大幅度降低材料和器件的成本。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种低成本的双面高温超导薄膜多层结构。

本发明的目的是通过以下技术方案达到的：

一种双面高温超导薄膜多层结构，包括低成本非单晶氧化物基片，所述低成本非单晶氧化物基片的两面分别依次设有金属薄膜层、双轴织构的氧化物薄膜层以及超导薄膜层。

一种优选技术方案，其特征在于：所述低成本非单晶氧化物基片为单晶硅、陶瓷或耐高温玻璃基片。

一种优选技术方案，其特征在于：所述金属薄膜层为铁或镍薄膜层。

一种优选技术方案，其特征在于：所述金属薄膜层的厚度为100-1000nm；表面粗糙度小于5％。

一种优选技术方案，其特征在于：所述具有双轴织构的氧化物薄膜层为MgO薄膜或YSZ薄膜。

一种优选技术方案，其特征在于：所述具有双轴织构的氧化物薄膜层的厚度为100-1000nm；表面粗糙度小于5％。

一种优选技术方案，其特征在于：在所述双轴织构氧化物薄膜层与所述高温超导薄膜之间设有一过渡薄膜层。

一种优选技术方案，其特征在于：所述过渡薄膜层为CeO₂薄膜层。

一种优选技术方案，其特征在于：所述CeO₂薄膜层的厚度50-200nm。

一种优选技术方案，其特征在于：所述超导薄膜层为钇钡铜氧超导薄膜层。

一种优选技术方案，其特征在于：所述钇钡铜氧超导薄膜层的厚度大于300nm小于1μm。

本发明的另一目的是提供一种上述双面高温超导薄膜多层结构的制备方法。

本发明的另一目的是通过以下技术方案达到的：

一种双面高温超导薄膜多层结构的制备方法，其步骤如下：

(1)在低成本非单晶氧化物基片的双面，以常规物理气相沉积方法制备一层金属薄膜层；

(2)用离子束辅助沉积(IBAD)工艺在步骤(1)所述金属薄膜层上分别生长一层具有双轴织构的氧化物薄膜层；

(3)在步骤(2)所述具有双轴织构的氧化物薄膜层之上以常规方法(如磁控溅射方法)分别制备一层超导薄膜层。

一种优选技术方案，其特征在于：在步骤(2)所述具有双轴织构的氧化物薄膜层之上以常规方法(如溅射的方法)分别制备一层过渡薄膜层，然后再用常规方法在所述过渡薄膜层之上分别制备一超导薄膜层。

本发明的低成本非单晶氧化物双面抛光基片(如Si单晶)，作为大面积双面高温超导薄膜的基片材料；对基片的主要要求是：基片表面抛光度高、表面粗糙度小，为薄膜的制备提供好的表面形态；同时由于钇钡铜氧(YBCO)薄膜的制备要在700℃左右的高温下进行，要求基片具有一定的耐高温特性；作为大面积超导薄膜制备的器件，其使用经常是在微波条件下，还要求基片具有良好的微波性能。本发明人以过实验，发现单晶硅、陶瓷或耐高温玻璃基片是符合上述要求的理想基片。

本发明中的金属薄膜层，作为生长具有双轴织构的氧化物薄膜(种子层)”的诱导层；一方面防止基片中的硅扩散进入具有双轴织构的氧化物薄膜层，在基片和“种子层”之间起到阻挡作用；另一方面起到基片与具有双轴织构的氧化物薄膜的连接作用。要求金属薄膜有一定的强度和高温耐受性，特别是要有低的表面粗糙度。