[发明专利]钇钡铜氧无氟溶胶及高温超导薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子材料技术领域，涉及一种用于制备高温超导薄膜的溶 胶，具体涉及一种钇钡铜氧无氟溶胶，本发明还涉及利用该无氟溶胶制备钇 钡铜氧高温超导薄膜的方法。

背景技术

钇钡铜氧是一种可在液氮温区应用的高温超导材料，其化学式为 YBa₂Cu₃O_7-δ，简写为YBCO。YBCO高温超导薄膜以其优良的电磁特性，尤 其是在高场下具有比第一代铋系带材更高的临界电流密度，一方面可应用于 微电子器件等弱电领域，制成各种高、精、尖的电子器件，比如超导量子干 涉仪(SQUID)、约瑟夫森结(Josephson junctions)、超导耦合天线 (Superconducting Coupled Antenna)、超导红外探测器(Superconducting Infrared Detector)以及超导滤波器(Superconductive Microwave Filter)等； 另一方面也可应用于电力电子等强电领域，用于制备第二代高温超导带材- 涂层导体的超导层。

目前，YBCO薄膜制备方法中的脉冲激光沉积法(PLD)、磁控溅射法 (MS)、电子束蒸发镀膜法(EBED)、热共蒸发镀膜法(TED)、离子束辅 助沉积法(IBAD)和倾斜衬底沉积法(ISD)属于原位的物理制膜技术，无 需后续的退火热处理，但均需要涉及价格昂贵的真空设备；金属有机物化学 气相沉积法(MOCVD)、金属有机物化学液相沉积法(MOD)和溶胶凝胶 法(Sol-Gel)属于化学制膜技术，设备简单，且易于控制金属离子的化学计 量比，适于大规模生产。近年来，金属有机物化学液相沉积法和溶胶凝胶法 受到人们的极大重视，尤其是三氟醋酸盐-金属有机物沉积法(TFA-MOD) 和大分子金属丁酸盐溶胶-凝胶法(Fluorine-Free Sol-Gel)已成功用于制备 YBCO超导薄膜。然而三氟醋酸盐-金属有机物沉积法在制备YBCO薄膜的 过程中采用含氟的原料，在凝胶膜热分解过程中会生成大量具有腐蚀性的氢 氟酸(HF)气体，严重影响最终薄膜的表面质量，而且其热分解时间长达十 几甚至几十小时；大分子金属丁酸盐法虽然消除了BaCO₃等杂相，但由于含 钡相在YBCO薄膜制备过程中演化的复杂性，获得表面光滑的YBCO薄膜 所需的热分解时间也要长达十几甚至几十小时以上。若需制备YBCO厚膜， 则需要多次重复进行“镀膜-热分解”的过程，故采用上述两种方法制备 YBCO厚膜的热处理时间会更长，这不仅降低了YBCO超导薄膜的制备效 率，而且浪费能源。

发明内容

本发明的目的是提供一种钇钡铜氧无氟溶胶，用于制备钇钡铜氧高温超 导薄膜，该溶胶中没有含氟物质，在热处理过程中不会产生HF气体，减少 了对环境的污染。

本发明的另一目的是提供一种利用上述钇钡铜氧无氟溶胶制备钇钡铜 氧高温超导薄膜的方法，显著缩短热处理时间，提高钇钡铜氧高温超导薄膜 的制备效率，节约能源。

本发明所采用的技术方案是，一种钇钡铜氧无氟溶胶，按摩尔比，由以 下组份组成：

组分A∶组分B∶组分C∶组分D∶组分E∶组分F∶组分G为1∶2∶3～4∶1.5～ 5∶6～10∶6～40∶60～360；

其中，组分A为醋酸钇，

组分B为醋酸钡或氢氧化钡，

组分C为醋酸铜，

组分D为二乙烯三胺、乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺，

组分E为乳酸，

组分F为丙烯酸、α-甲基丙烯酸或丙酸，

组分G为甲醇、乙二醇甲醚或乙醇。

本发明所采用的另一技术方案是，一种利用上述无氟溶胶制备钇钡铜氧 高温超导薄膜的方法，按以下步骤进行：

步骤1：制备原料溶液

按摩尔比1∶10～40∶1.5～5，分别取组分A、组分G和组分D，将组分 A溶解于组分G，然后，加入组分D，溶解后，形成溶液A，

按摩尔比1∶10～80∶3～5，分别取组分B、组分G和组分E，将组分B 溶解于组分G，然后，加入组分E，在微热条件下溶解后，形成溶液B，

按摩尔比1∶10～40∶2～10，分别取组分C、组分G和组分F，将组分C 溶解于组分G，然后，加入组分F，在微热条件下溶解后，形成溶液C，