m-thick (YBCO) films were grown on the Y2O3/yttria stabilized zirconia (YSZ)/CeO2 buffer layers with different surface morphologies using direct-current sputtering. The critical current density ( ) value of YBCO was 1.1 MA/cm2 when the root mean square surface roughness ( ) of the buffer layer was 2.5 nm. As the of the buffer layer increased to 15 nm, the decreased to 0.3 MA/cm2. X-ray diffraction and scanning electron microscopy showed the strong relevance of the evolution of the structure and surface morphologies of YBCO films with the buffer layer of different . A model was proposed to explain the influence of surface morphology on the superconducting properties of YBCO films."> 研究了YBCO涂层导体中缓冲层的表面形貌对临界电流密度的影响 - raybet雷竞app,雷竞技官网下载,雷电竞下载苹果

在凝聚态物理进展
PDF
在凝聚态物理进展/2013/文章
特殊的问题

功能金属氧化物的结构、电子和光学性质

查看本特刊

研究论文|开放存取

卷 2013 |文章编号 673948 | 6 页面 | https://doi.org/10.1155/2013/673948

研究了YBCO涂层导体中缓冲层的表面形貌对临界电流密度的影响

熊杰，1 鱼洞夏，1 范张，1 严雪，1 Kai胡，1 晓惠赵，1 和 Bowan道1

1电子科学技术大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，成都610054

学术编辑器:丹阳王
收到了 2013年10月28日
公认 2013年11月07
发布时间 2013年12月04

摘要

1 米厚 （YBCO）薄膜生长在Y2Ø3/钇稳定氧化锆(YSZ)/CeO2具有不同表面形态的缓冲层使用直流溅射。临界电流密度( YBCO值为1.1 MA/cm2当均方根表面粗糙度（ )的缓冲层为2.5 nm。由于 of the buffer layer increased to 15 nm, the dËCreased to 0.3 MA/cm2。x射线衍射和扫描电镜显示YBCO膜的结构和表面形貌的演变与不同的缓冲层密切相关 。提出了一个解释表面形貌对YBCO薄膜超导性能影响的模型。

1.介绍

近年来，越来越多的研究集中在高性能的制造上 (YBCO)柔性金属基板上的涂层导体[1，2]。第二代涂层导体的应用对电流承载能力提出了更高的要求。为了达到这个目标，一个高临界电流密度( )必须保持厚(>1μm) YBCO涂料[3]。不幸的是，沉积在多晶金属衬底上的YBCO薄膜显示了高角度晶界，这导致YBCO具有非常小的临界电流[4]。因此，研究了几种制备双轴对齐模板的方法，如离子束辅助沉积(IBAD)和滚动辅助双轴纹理基底(RABiTS) [五，6]。的RABiTS基带上的方法已经被证明是一种简单且成本有效的制造工艺大量生产涂覆的导体。

为了阻断金属与氧的相互扩散，减少YBCO与柔性金属基底的晶格失配，在金属基底上沉积一层或几层薄膜，作为后续YBCO膜的缓冲层。典型的三层堆叠 /钇稳定的氧化锆（YSZ）/ 是大多探索架构之一[7]。在此体系结构中， 作用将双轴纹理从兔体衬底转移到YBCO层;利用YSZ层作为屏障，防止氧化物与金属基体之间的相互扩散;的 在YSZ层上的cap层为沉积YBCO层提供了良好的晶格匹配和外延生长模板。因此，缓冲层在制造高性能涂层导体中起着至关重要的作用。到目前为止，已作出巨大的努力，以制造双轴纹理缓冲层的RABiTS磁带;但是，cap层没有得到足够的重视[8-10]。在之前的工作中，我们报道了表面形态的演变 在YSZ/上沉积的薄膜 / Ni-alloy基质(11，12]。在本研究中，我们详细研究了缓冲层的表面形貌对YBCO薄膜超导性能的影响。

2.实验细节

双轴变形 Ni-5at。采用德国EVICO公司提供的%W合金(NiW)带。面外和面内半宽值分别约为5.5度和6度。该 / YSZ / 用不同的表面形貌的多层使用沉积在磁带的NiW卷轴到卷轴直流（DC）磁控通过如报道调制从500℃至680℃的基板温度溅射[12]。所有的厚度 C一个p layers was 40 nm. The subsequent YBCO films were prepared by DC sputtering with the same conditions, which were initially optimized. Detailed conditions were reported elsewhere [3]。

采用比德x射线衍射(XRD)系统测定了薄膜的结构 ，ω,ϕ扫描。采用原子力显微镜(AFM，精工SPA300HA)和扫描电子显微镜(SEM, JSM-5900)表征表面形貌，计算均方根表面粗糙度( )。 -扫描系统由德国莱比锡大学开发，用于测量 值。

3.结果与讨论

数字1示出了不同的表面形态 本系列实验的图层。该 的值 选自（a）膜到（e）示于表1。XRD的 扫描,ω扫描的 (200)峰,ϕ扫描的 （111）面示于图图2（a），2 (b),2 (c)分别;所有的 / YSZ / 电影是完全 轴取向的5.2代表面内FWHM值°和3.2外的平面FWHM值°。
样本 一个 b C d Ë
的首席执行官2 2.5纳米 4.6纳米 5.8纳米 9.5纳米 1五。2 nm
(002)氧 2.37° 2.98° 2.92° 2.97° 3.2°
的（103）YBCO 4.91° 4.77° 5.07° 4.72° 5.48°
表格1
该 以及相应YBCO薄膜的面外和面内纹理的值。
（一个）
（一个）
（b）中
（b）中
（C）
（C）
（d）
（d）
（e）中
（e）中
图1
不同的原子力显微镜图像盖层。
（一个）
（一个）
（b）中
（b）中
（C）
（C）
图2
θ θ ω ϕ 典型的x射线衍射谱/YSZ /缓冲层(a)2扫描,(b)扫描的(002)，（C）扫描的(111)。

在缓冲样品上沉积的YBCO薄膜从(a)到(e)的XRD图谱如图所示3。沉积时间为20小时，YBCO膜的典型厚度为1μm。2θ峰值为33.02℃、33.8℃和34.9℃，分别为(00)升)的反映 ， 和YSZ，分别。弱NiO和 在2处观察到反射θ的角度19.28°，37.26°，43.29和°。所有的模式表示纯 - 轴方向以外的样品（e）中，其中有少量 设在谷物。从(a)到(e)在样品上沉积的YBCO薄膜的平面外和平面内纹理记录在表中1。用沉积在样品（E）的YBCO外，YBCO薄膜的所有外的平面FWHM值是小于3°，这表明良好的外的平面对齐。样品（e）的FWHM值比其它稍大，归因于 -轴晶，导致YBCO膜中高角度晶界的形成。YBCO膜的面内半宽m值在4.7 ~ 5.5℃之间，表明在不同缓冲层上沉积YBCO膜时，其面内纹理没有明显的变化趋势。


图3
θ θ XRD2在(a)到(e)的缓冲液上沉积的YBCO膜的图案。

在不同表面形貌下沉积的YBCO膜的SEM图像 帽层如图所示4，与图(a)至(e)相对应1,分别。数字4(一)显示出与归因于YBCO膜的富钇[典型小孔的相对平坦的表面形态13]。由于 随着缓冲层的增加，YBCO薄膜表面的孔变大，如图所示4 (b)和4 (c)。由于 缓冲层增加10 nm以上，呈针状 YBCO膜的-轴颗粒分布在YBCO膜的表面，如图所示4 (d)和4 (e)。

（一个）
（一个）
（b）中
（b）中
（C）
（C）
（d）
（d）
（e）中
（e）中
图4
在不同表面形貌的缓冲层上沉积的YBCO膜的SEM图像。

之间的关系 图中给出了相应的YBCO薄膜五。该 of YBCO deposited on the buffer of sample (a) was 1.1 MA/cm2。样本(b) - (d)所显示的YBCO values of 0.9 MA/cm20.8 MA /厘米2， 0.5 MA/cm2,分别。由于 当缓冲层的厚度增加到15 nm时，样品的厚度增加到15 nm value of YBCO films continuously decreased to 0.3 MA/cm2，露出的超导性质和表面形态之间的强相关性。


图5
之间的关系研究了YBCO薄膜的表面形貌层。

为了研究的缓冲区的表面的作用机制上YBCO薄膜，的相应的线剖面的性能 样品（a）和（e）中的膜在图进行作图图6（a）和图6（b）,分别。如图所示6样品(a)的晶界间距远小于样品(e)。溅射过程中溅射原子在基体表面扩散成核。然而，YBCO是一种Y、Ba、Cu原子半径不同的多元素氧化物。对于不同的表面形貌 如样品(e)，晶界间隙较样品(a)深，晶界面积较大 而Ba原子的势垒大于Cu原子和Y原子的势垒。因此，当晶界面积较大时，晶界上Ba原子富集，导致YBCO化学含量发生偏差，如图所示，表面形成白色颗粒4 (e)，经鉴定为CuO不导电粒子。进一步的证明是必要的，以便更好地理解透射电子显微镜，这是正在进行的。

（一个）
（一个）
（b）中
（b）中
图6
的相应的线剖面（一个）样本(a)及(b)样本(e)的薄膜。

4。结论

表面形貌的影响 在微观结构和YBCO薄膜的临界电流密度帽层进行了系统的研究。的平坦表面上的YBCO膜显示高品质的外延 -轴取向生长，并具有更好的超导性能。由于 的缓冲层增加时，非导电性颗粒和 - 轴上观察到YBCO的表面粒，从而导致劣化 氧的电影。提出了一个模型来理解这一现象，证明了缓冲层的表面形态对YBCO涂层导体的载流能力有很大的影响。

致谢

作者非常感谢格兰特根据中国国家自然科学基金的支持没有。51002024，四川省青少年科技创新研究团队提供的资金（无。2011JTD0006）和中央高校基本科研基金（编号ZYGX2012J039和ZYGX2011Z002）对这项工作。

参考文献

  1. D. P.诺顿，A.戈亚尔，J.D.布袋等人，“外延的YBa2铜3Ø7上双轴织构镍（001）：一种方法来以高临界电流密度的超导带，”科学，第274卷，第2期。1996年，第755-757页。视图:出版商网站|谷歌学术搜索
  2. D. P.诺顿，A.戈亚尔，J.D.布袋。等，“高临界电流密度的超导通过的YBa的外延沉积的磁带2铜3ØX双轴形变金属上的厚膜，"应用物理快报第69卷，no。第12条，第1795条，1996年视图:出版商网站|谷歌学术搜索
  3. 熊，陶b.w.，秦w.f.等，“卷轴-卷轴连续同时双面沉积的高度变形CeO。2模板YBa2铜3Ø7−δ涂覆的导体，”超导体科学与技术卷。21，没有。2，文章编号025016，2008年。视图:出版商网站|谷歌学术搜索
  4. 《YBa中晶界的超导输运特性》2铜3Ø7双晶体”,物理评论B卷。41，没有。7，第4038-4049，1990。视图:出版商网站|谷歌学术搜索
  5. Y.饭岛，N.田边，O. Kohno等人，“面内对准的YBa2铜3Ø7−x在多晶金属基板上沉积的薄膜应用物理快报第60卷，no。1992年，artcile 769。视图:出版商网站|谷歌学术搜索
  6. E. D.施佩希特，A.戈亚尔，D.F。Lee等人。，“立方织构化用于高温超导体镍基材，”超导体科学与技术卷。11，没有。10，第945，1998年。视图:出版商网站|谷歌学术搜索
  7. 十，李，M. W. Rupich，T Kodenkandath等人，“高临界电流YBCO薄膜制备上RABiTS基带上模板的MOD过程，”IEEE应用超导学报第17卷，no。2, 3553-3556页，2007。视图:出版商网站|谷歌学术搜索
  8. 的LaMnO的T. Aytug，M. Paranthaman，H. Y. Zhai等人，“单缓冲层3或拉0.7锶0.3MnO3为了YBa的发展2铜3Ø7−δ涂覆的导体的比较研究”材料研究杂志第17卷，no。9，第2193至2396年，2002年。视图:出版商网站|谷歌学术搜索
  9. 熊j，陈元春，邱元秋等人，“一个新的CeO流程2YBCO涂层导体中双轴结构金属基板上的单层缓冲层超导体科学与技术卷。19，没有。10，1068条，2006年。视图:出版商网站|谷歌学术搜索
  10. D. Q.施，R. K.柯，K. J. Song等人，Y的“沉积2Ø3用于YBCO涂层导体的单一缓冲层的金属基板上的薄膜，"超导体科学与技术第18卷，no。(四)2005年第561条。视图:出版商网站|谷歌学术搜索
  11. Y. D.夏，J.雄，F. Zhang等人，“卷对卷沉积的外延双面ÿ2Ø3缓冲层用于涂覆导体，”自然史C，第476卷，第48-53页，2012年。视图:出版商网站|谷歌学术搜索
  12. 夏元德、熊俊杰、张飞，《CeO的形态演变》2涂覆导体的盖层应用表面科学，第263卷，第508-512页，2012。视图:出版商网站|谷歌学术搜索
  13. 熊志军，秦文芳，唐志良，陶宝华，崔欣华，李元华，“无微裂纹厚YBa的制备与表征”2铜3Ø7−δ电影”稀有金属第26卷，no。5，第403-407页，2007。视图:出版商网站|谷歌学术搜索

版权所有©2013熊杰等这是一篇开放获取下发布的文章知识共享署名许可，允许在任何媒体中不受限制地使用、发布和复制原创作品，只要原稿被正确引用。

更多相关文章

966 的观点 | 672 下载 | 2 引用
PDF 下载引用 引用
下载其他格式更多的
ePub文件
XML
为了打印副本订单

相关文章

我们致力于快速，安全地与COVID-19尽可能共享成果。任何作者提交COVID-19纸应该通知我们的help@hindawi.com以确保他们的研究被快速跟踪，并尽快在预印本服务器上可用。我们将为已接受的COVID-19相关文章提供不受限制的出版费用减免。注册在这里作为一个评论家，以帮助快速跟踪新的意见书。