电子束退火制备二硼化镁超导薄膜及其微结构的探索研究

为探索解决二硼化镁超导薄膜制备过程中，由于退火时间较长引起的过多镁挥发、氧化和二硼化镁分解问题，以及超导薄膜微结构制备过程中，由于超导薄膜与液体、水汽、高能离子等接触而导致的薄膜超导性能变差甚至失超等问题，提出了电子束退火制备二硼化镁超导薄膜及其微结构的设想。本项目拟采用Monte Carlo模拟和有限元分析方法进行电子束退火时薄膜内部温度场分布规律研究，在此基础上进行电子束退火制备二硼化镁超导薄膜成相机理的实验研究，揭示退火过程中超导薄膜的成相规律，建立电子束退火生成超导薄膜的最优控制模型；最后进行电子束退火制备超导薄膜微结构方法研究，建立制备二硼化镁超导薄膜微结构的物理模型，并据此制备出二硼化镁Josephson结，最终形成一种具有原创性和自主知识产权的二硼化镁超导薄膜及其微结构加工方法。同时，也为大面积超导薄膜的制备和微纳超导器件的集成提供一条新途径。

本项目提出了电子束退火制备MgB2 超导薄膜及其微结构的新思想，其难点和需要解决的关键问题是掌握电子束退火时薄膜内部温度场的分布规律和电子束退火时MgB2 超导薄膜的成相规律。目前取得的成果有:(1) 采用了有限元法对电子束退火时薄膜内部温度场进行了理论模拟，建立了电子束退火时温度场的数学模型，得出了电子束辐照先驱膜时退火温度随电子束加速电压、束流和辐照时间的增加分别呈线性增加的结论；电子束辐照的能量密度相同，先驱膜表层退火温度也相同。(2) 实验研究了特定条件下电子束退火束流、退火时间、B/Mg 原子比例对薄膜超导性能的影响，找到了上述诸因素对超导性能的影响规律。（3）在制备出MgB2 超导薄膜微结构的基础上，在SiC衬底上制备出了直流特性较好的三明治型全MgB2 超导约瑟夫森结，为今后二硼化镁超导约瑟夫森结的制备奠定了基础。