[发明专利]氧气氛控制钇钡铜氧超导厚膜面内取向生长的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧气氛控制钇钡铜氧超导厚膜面内取向生长的制备方法，通过改变液相外延生长环境中的氧含量，得到具有特定面内取向的高品质钇钡铜氧超导厚膜。属于高温超导材料制备技术领域。

背景技术

自从科学家发现REBa₂Cu₃O_z(简称REBCO、稀土钡铜氧)这种具有巨大应用前途的高温超导材料(High Temperature Superconductor，简称HTS)以来，人们将大量研究精力集中于涂层超导材料以及各种与超导相关的电子器件等方向。在高温超导线材和具有多层结构的超导器件等应用方面，以钇钡铜氧YBCO为例，除了需要对YBCO超导层面外取向进行精确的控制，制备具有完美面内取向的YBCO超导层对于获得优越的超导性能也十分关键。根据文献报导[D.Dimos，P.Chaudhari，J.Mannhart，and F.K.LeGoues，Orientation dependence ofgrain-boundary critical currents in YBa₂Cu₃O_7-x bicrystals，Phys.Rev.Lett.61(1988)219]，一部分晶粒面内取向的变化所带来的小角度晶界对于超导薄膜的载流特性影响非常大。实际上，沉积在MgO(001)衬底上的c轴取向YBCO晶粒普遍的存在两种主要的面内取向：0°取向和45°取向。前者的YBCO(100)方向平行于MgO(100)方向，而后者的YBCO(100)方向和MgO(100)方向呈45°夹角。一般来说，如果在YBCO薄膜中这两种面内取向的晶粒同时存在，那这种薄膜被定义为具有八重对称性，这种性质可以通过X射线衍射仪(XRD)二维极图扫描等手段进行判断。不少文献中都提到，如果在MgO基板上沉积的面内取向为纯0°的YBCO晶粒中混杂进少量的45°YBCO晶粒，临界电流密度的数值将会大大下降。因此，关于具有不同面内取向的YBCO晶粒的热稳定性以及载流特性的研究，对于涂层超导体材料和超导器件方面的应用是不可或缺的。到目前为止，已经有大量关于YBCO薄膜在液相外延过程(liquid-phaseepitaxy，LPE)中优先生长机制的研究[K.Nomura，S.Hoshi，X.Yao，K.Kakimoto，Y.Nakamura，T.Izumi，and Y.Shiohara，Preferential growth mechanism ofREBa₂Cu₃O_y(RE＝Y，Nd)crystal on MgO substrate by liquid phase epitaxy，J.Mater.Res.16(2001)979]。通常，以具有八重对称性的YBCO薄膜为种膜进行液相外延生长的时候，最终得到的是面内取向单纯为0°的YBCO液相外延厚膜。也就是说，在液相外延的过程中，所谓45°的YBCO晶粒由于其热稳定性不如0°的晶粒而优先熔化了，另一方面0°的YBCO晶粒优先生长而成膜。关于此类优先生长的现象，人们已经提出了一些基于晶格匹配度和界面键结合能的晶粒粗化模型对其做出合理的分析和解释。但值得注意的是，前人在这方面的研究工作都是在大气环境中完成的，并且仅能得到具有纯0°面内取向的YBCO超导厚膜，而关于在其他类型的氧环境下优先生长现象的研究却鲜有实验数据。因此，通过改变外界生长环境中的氧含量来控制YBCO超导厚膜的面内取向，不论在研究优先生长的机制还是在实际应用的方面都具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种氧气氛控制钇钡铜氧超导厚膜面内取向生长的制备方法，方法简易且成本低廉，能得到按照特定面内取向生长的高质量准单晶钇钡铜氧超导厚膜。