光辅助MOCVD法制备多层结构提高厚YBCO 外延膜电流承载能力的研究

在高温超导体YBCO韧性带材研究中，"越厚的YBCO外延膜具有的临界电流密度(Jc)越低"的问题限制了超导带材电流承载能力的进一步提高。本课题组在使用光辅助MOCVD法研制YBCO外延厚膜时，也遇到了这个问题。本项目计划用纳米级非超导外延膜作为隔离层，将YBCO外延厚膜层层分割，成为超导/非超导体交叠多层结构提高外延厚膜的Jc。薄膜制备方法采用本课题组熟悉且有特色的光辅助MOCVD法。项目计划摸索隔离层材料PrBCO和CeO2的外延薄膜的最佳生长条件，实现具有良好外延性、良好晶体质量且厚度可控的PrBCO和CeO2外延薄膜生长；研究PrBCO和CeO2隔离层对相邻YBCO层超导性质的影响；研究隔离层厚度，YBCO层厚度，叠层数量对Jc影响，实现这些变量以Jc为目标的优化。初步实现单晶LAO衬底上高温超导厚膜的超导临界电流(Ic)超过500 A/cm-width (77K, 0T)

为了提高高温超导体YBCO外延厚膜的临电流密度。基于YBCO外延膜"越厚的YBCO外延膜具有的临界电流密度(Jc)越低"的问题，本项目围绕着光辅助MOCVD法制备YBCO/非超导体交叠多层结构和YBCO/GdBCO交叠多层结构开展研究。.　　YBCO外延膜表面出现的微米级杂质颗粒问题影响了多层膜制备和YBCO外延膜的器件制作。本项目中分析其形貌和成分推测其产生的原因为YBCO外延膜生长过程中伴随外延薄膜生长过程存在生成液态铜氧化物的寄生反应。通过调整有机源输入比例抑制寄生反应的方法，实验取得了明显成功，获得了表面平整无微米级杂质的YBCO外延膜。.　　针对非YBCO层材料CeO2薄膜的生长工艺，进行了衬底温度和氧分压调整，获得了具有一定取向择优性的CeO2薄膜。推断欲获得更高取向择优性将需要超出了现有实验条件的衬底温度。.　　针对非YBCO层材料Y2O3纳米点(Y2O3-ND)的制备工艺进行了工艺摸索，通过调整纳米点生长时间，氧分压以及衬底温度，可以获得不同尺度，密度的Y2O3-ND。.　　针对非YBCO层的高温超导材料GdBCO外延膜的制备工艺进行了工艺摸索，通过调整生长时间，获得了不同厚度的GdBCO外延膜，测试了其超导临界性能获得了与YBCO外延膜相类似的临界电流随厚度变化规律。.　　使用非原位法制备叠层膜时发现YBCO有明显分解，没有成功制备出叠层膜结构。使用原位生长法成功制备出叠层膜结构。不幸的是，在十几个LAO衬底上的YBCO/ Y2O3-ND/YBCO/叠层结构样品中，没有一个样品测量出超导特性。经过实验分析发现，样品的组分比例中明显贫钡。钡源(Ba(tmhd)2)可能发生了缓慢的化学变化，因为这些有机源自合成之后已经放置超过一年时间。.　　项目按照预订计划，已完成执行，执行最后阶段的叠层膜制备时遇到Ba有机源变质的困难，目前正在预订新的钡源继续解决问题。基于上述已取得的研究成果，已经发表SCI收录的学术论文4篇，会议论文5篇，申请发明专利2项。