本文關(guān)鍵詞：高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體中雙軸織構(gòu)緩沖層的制備和研究

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【摘要】：高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體在電力能源等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,雙軸織構(gòu)緩沖層的制備是涂層導(dǎo)體的核心工藝之一,高質(zhì)量、低成本的雙軸織構(gòu)緩沖層制備技術(shù)對于涂層導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)化和實(shí)際應(yīng)用都具有重要意義。目前,使用離子束輔助沉積(IBAD)技術(shù)制備的氧化鎂(MgO)緩沖層已經(jīng)被國內(nèi)外主要的涂層導(dǎo)體生產(chǎn)商所采用。但是由于大型離子源非常昂貴,IBAD系統(tǒng)的設(shè)備成本在涂層導(dǎo)體成本中占較高比例,是限制涂層導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的一個重要因素。本論文中主要使用了磁控濺射這一常見而且設(shè)備成本較低的鍍膜技術(shù),利用反濺射效應(yīng),嘗試制備具有雙軸織構(gòu)的MgO緩沖層,此外也開展了IBAD-MgO緩沖層的制備工作。本論文中,首先對磁控濺射過程中的反濺射現(xiàn)象進(jìn)行了系統(tǒng)的研究分析。在磁控濺射沉積氧化物薄膜的過程中,薄膜會受到主要由O-負(fù)離子和O原子組成的高能量粒子的轟擊,這一現(xiàn)象被稱為反濺射效應(yīng)。本研究中通過臺階儀測量MgO薄膜厚度的空間分布,確定了反濺射現(xiàn)象存在的區(qū)域,并基于高能量粒子束流密度服從高斯型分布的假設(shè),根據(jù)膜厚分布估算了高能量粒子束的發(fā)散角度。然后,采用了晶振片膜厚儀原位測量和臺階儀離位測量兩種方法,測量了MgO薄膜沉積速率隨濺射氣壓變化的規(guī)律,由此分析了反濺射現(xiàn)象存在的條件及其對沉積速率的影響。并通過在(001)YSZ單晶基底上外延生長MgO薄膜,初步研究了反濺射效應(yīng)對MgO薄膜生長的影響。通過上述研究,可以確定造成反濺射效應(yīng)的高能量粒子束流所具有的粒子能量和準(zhǔn)直性,與IBAD系統(tǒng)中的輔助離子束非常接近�；谶@一發(fā)現(xiàn),本論文中提出了可以利用高能量粒子束流制備雙軸織構(gòu)MgO薄膜的方法,該方法不需要使用離子源,因此將其命名為能量粒子自輔助沉積(EPSAD)方法。接下來,本研究中利用EPSAD方法制備了一系列的MgO薄膜樣品,利用X射線衍射(XRD)技術(shù)對這些樣品的雙軸織構(gòu)進(jìn)行表征,研究了膜厚、磁控靶傾斜角度、靶基距等參數(shù)對MgO薄膜織構(gòu)的影響規(guī)律。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析,通過與IBAD技術(shù)和傾斜襯底沉積(ISD)技術(shù)的對比,探討了EPSAD-MgO過程中雙軸織構(gòu)形成的機(jī)理。本論文中也開展了IBAD-MgO技術(shù)的研究工作,首先對本實(shí)驗(yàn)室原本用于IBAD-YSZ制備的IBAD系統(tǒng)進(jìn)行改裝,調(diào)試得到了適于IBAD-MgO緩沖層沉積的參數(shù)窗口,并制備出了具有良好雙軸織構(gòu)的MgO薄膜。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O484.1

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本文編號：1273768