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YBa_2Cu_3O_(7δ)约瑟夫森隧道结制备与性能

收藏本文 2024-02-03 点赞:6752 浏览:22119 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:约瑟夫森结是超导电子学的关键元件,是超导量子干涉仪(SQUID)和其它超导器件的基础。微电子器件的集成化和产业化对高性能的约瑟夫森结制备了迫切的要求,因此制备性能良好的约瑟夫森结高温超导电子器件的研究。溶胶-凝胶法具备成本低廉,工艺简单,可在多种衬底上成膜等特点,是一种制备SIS型约瑟夫森隧道结极具潜力的方法。钇、钡、铜的醋酸盐为出发原料,合成了稳定的YBCO溶胶;以醋酸钇为初始原料,二乙烯三胺为络合剂,甲醇为溶剂,合成了Y2O3溶胶。在铝酸镧(LAO)基板上制备结构为Y2O3/YBCO的双层薄膜,XRD、SEM和超导电性等测试分析发现,制备在Y2O3薄膜上的YBCO超导薄膜仍然具有良好的c轴生长取向和超导性能,临界转变温度Tc为94.3K,转变宽度△Tc为1K。以此为基础,在铝酸镧(LAO)基板上制备结构为YBCO/Y2O3/YBCO的约瑟夫森结。测试结果,约瑟夫森结中Y2O3两侧的YBCO薄膜都具有良好的c轴生长取向,隧道结的临界转变温度Tc=94K,转变宽度△Tc约为1K。对制得的约瑟夫森隧道结直流I-V曲线测试,该约瑟夫森隧道结的临界电流Ic=47mA,实验测得的结果基本RSJ模型下方程的描述。研究中还发现,约瑟夫森隧道结中绝缘层厚度的增加,临界电流Ic急剧减小。关键词:溶胶-凝胶法论文约瑟夫森隧道结论文YBCO薄膜论文Y_2O_3薄膜论文

    摘要3-4

    Abstract4-8

    1. 绪论8-20

    1.1 高温超导的应用8

    1.2 高温超导电子器件的发展8-10

    1.2.1 超导微波电子器件9

    1.2.2 超导热效应器件(Bolometer器件)9

    1.2.3 约瑟夫森结器件9-10

    1.3 约瑟夫森效应10-12

    1.3.1 约瑟夫森效应的出现10

    1.3.2 约瑟夫森效应的性质10-12

    1.4 约瑟夫森结的分类12-17

    1.4.1 双晶晶界结12-13

    1.4.2 衬底台阶结13-14

    1.4.3 双外延约瑟夫森结14-15

    1.4.4 台阶边沿SNS结15

    1.4.5 坡道边缘结15-16

    1.4.6 微桥结16-17

    1.4.7 SIS型约瑟夫森隧道结17

    1.5 高温超导约瑟夫森结的研究现状17-18

    1.6 本课题的目的和研究内容18-20

    2 实验方法20-26

    2.1 实验方案20

    2.2 主要实验设备20-24

    2.2.1 薄膜制备设备20-22

    a.提拉机(Dip-coater)20-21

    b.手套箱(Glove Box)21

    c.热处理炉(Tube Furnace)21

    d.其它常用仪器设备21-22

    2.2.2 样品性能表征设备22-24

    a.X-射线衍射仪22

    b.场发射扫描电子显微镜22

    c.超导Tc测试系统22-24

    2.3 实验试剂24-26

    3. 在Y_2O_3薄膜上制备YBCO高温超导薄膜26-34

    3.1 Y_2O_3和YBCO溶胶的制备26-27

    3.1.1 Y_2O_3溶胶的制备26-27

    3.1.2 YBCO溶胶的制备27

    3.2 Y_2O_3薄膜的制备27-28

    3.3 YBCO薄膜的制备28-29

    3.4 YBCO薄膜性能测试与分析29-32

    3.4.1 YBCO薄膜的XRD分析29-30

    3.4.2 YBCO薄膜的SEM表面形貌分析30-31

    3.4.3 YBCO薄膜的超导性能测试31-32

    3.5 小结32-34

    4. YBa_2Cu_3O_(7-δ)约瑟夫森隧道结的制备与性能研究34-48

    4.1 约瑟夫森隧道结的制备34-36

    4.1.1 YBCO薄膜的制备34-36

    4.1.2 Y_2O_3薄膜的制备36

    4.1.3 YBCO薄膜的制备36

    4.2 约瑟夫森结的性能测试与分析36-46

    4.2.1 约瑟夫森结中YBCO超导层XRD分析37

    4.2.2 约瑟夫森结中YBCO超导层表面SEM分析37-38

    4.2.3 约瑟夫森隧道结的T_c测试38-39

    4.2.4 约瑟夫森结的直流Ⅰ-Ⅴ曲线测试及分析39-42

    a.测试系统组成与原理40

    b.测试结果与分析40-41

    c.不同绝缘层厚度下的Ⅰ-Ⅴ曲线41-42

    4.2.5 约瑟夫森结的等效方程及解析解法42-46

    a.约瑟夫森结的等效方程的简单推导42-44

    b.约瑟夫森结的等效方程的解析解与实验结果的比较44-46

    4.3 小结46-48

    5. 48-50

    致谢50-52

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