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临界温度典型值为95K的钕钡铜氧高温超导外延薄膜
    本发明属高温超导薄膜技术领域，特别涉及ReBa₂Cu₃O_7-δ(Re为稀土元素)高温超导薄膜体系中地钕钡铜氧(Nd₁Ba₂Cu₃O_7-δ)高温超导薄膜。

    众所周知，近年来，由于高温超导薄膜在微波器件制造中的广泛应用，对高温超导薄膜性能提出了更高的要求，希望具有更高的临界温度Tco和临界电流密度Jc及更低的微波表面电阻Rs，为此，人们为寻求更高Tco的高温超导薄膜材料进行了大量的研究。我们知道，高温超导材料的Tco值主要由载流子浓度决定，同时也受氧空位浓度及缺陷分布状态的影响，也就是说薄膜材料中载流子浓度高，缺陷少，分布有序就有可能把Tco做得更高。在ReBa₂Cu₃O_7-δ材料体系中由于Nd(钕)的离子半径比Y(钇)大，根据理论分析它可能有更高的Tco，因而展开了对Nd₁Ba₂Cu₃O_7-δ的体系研究。首先日本Hidehiko Nanaka等人[见Appl phys lett 57(1990)2850]采用分子束外延(MBE)技术在低压NO₂气氛中制备Nd₁Ba₂Cu₃O_7-δ薄膜，其Tco仅为30k，这是因为采用MBE所制得的薄膜的成分与靶完全相同，因而不能改变膜的成分计量比，当然更难以通过优化制备工艺条件来改变Nd/Ba比例，无法控制Nd和Ba固溶缺陷的产生与分布之故；以后日本Massond Sadaye.Furen Wang等人[见Supercond.Sci.Technol 8(1995)638]及德国C.Le paven-Thivet.B.Leibold等人[见Inst.phys.Conf,Ser.No 148(1995)863]采用激光沉积法在氧分压10～400pa下制得Nd₁Ba₂Cu₃O_7-δ薄膜的Tco分别为85k和85～90k，这是因为他们所用的氧分压过高，难以调整Nd/Ba的比例，无法有效控制Nd和Ba产生固溶缺陷及缺陷的分布之故，从以上已有技术看，所制得的Nd₁Ba₂Cu₃O_7-δ薄膜的Tco均不够高，显然无法满足微波器件制做的需要。

    本发明的目的在于提供一种制备Nd₁Ba₂Cu₃O_7-δ高温超导薄膜的新方法及具体制备技术，以获得临界温度Tco的典型值为95k的Nd₁Ba₂Cu₃O_7-δ超导薄膜，以更好地满足微波器件制做的需求。

    本发明从提高Nd₁Ba₂Cu₃O_7-δ超导薄膜Tco的基本点出发，所提出的制备方法和具体制备技术必须有利于获得足够高的载流子浓度、氧空位浓度及控制Nd离子和Ba离子的固溶，为此，本发明提出了：采用倒筒式直流溅射(ICP)方法并严格选择基片及取向和严格控制溅射条件及后处理工序，其具体制备技术为：

    1．选用Nd₁Ba₂Cu₃O_7-δ园柱靶材；

    2．基片为LaAlO₃(100)单晶片，靶基距为8cm；

    3．溅射条件：

    气氛：氧氩混合气体，O₂∶Ar=1∶2～4   总压60～65Pa

    功率：电流为0.2～0.7A    电压为150v～170v

    基片温度：750～770℃

    时间：10～20h

    速率：0.005～0.01nm/s

    4．后处理工序：溅射完后关掉Ar气，样品在氧等离子体中降温至390℃～440℃后充入6～8×10⁴Pa纯氧，保温5～15分钟后自然冷却至100以下。

    利用本发明给出的新制备技术制得的Nd₁Ba₂Cu₃O_7-δ薄膜，用感应法和电阻法测量得到的典型电阻-温度曲线(R-T)如图1所示，其(a)为用感应法第一次测量的R-T曲线，(b)为用感应法第二次测量的R-T曲线，(c)为四引线电阻法验证时的R-T曲线，(d)为曲线c的局部放大图。从图中看出Nd₁Ba₂Cu₃O_7-δ薄膜的Tco的典型值为95k。

    用XRD和TCM分析看出薄膜为具有良好外延性的超导薄膜。

    本发明所述的倒筒式直流溅射方法是在倒筒式直流磁控溅射装置上取掉环形磁铁来实现的[详见J.Geerk et al,Matev.Sci.Rep.4(1989)193]。所谓倒筒式直流溅射它是采用园柱靶材在上，基片在下，这样有利于消除平面溅射中负氧离子的反溅射，有利于控制溅射生成的膜的成分；另外采用溅射方法比采用MBE法和激光沉积法更容易调整溅射条件比如氧分压、功率、基片温度等，有利于Tco的提高。

    利用本发明给出的倒筒式直流溅射方法和制备工艺中采用了合适的基片温度及较低的氧分压(比已有技术的激光沉积法的低二个数量级)，从而使超导薄膜中Nd/Ba的比例达到最佳，并使Nd离子和Ba离子的固溶缺陷减至最少，有利于Nd₁Ba₂Cu₃O_7-δ超导薄膜Tco的提高；另外在制备的后处理工序的降温过程中采用了氧等离子处理，这是补充氧空位浓度的有效方法，也有利于Nd₁Ba₂Cu₃O_7-δ超导薄膜Tco的提高，所制出的超导薄膜的Tco均大于94k,Tco的典型值达到95k，比已有技术制备的同类薄膜的Tco有了很大提高，可更好地满足微波器件制做的需求。

    附图及附图说明：

    图1利用本发明提供的技术制备的Nd₁Ba₂Cu₃O_7-δ薄膜典型的电阻-温度曲线

    (a)是用感应法第一次测试的R-T曲线；

    (b)是用感应法第二次测试的R-T曲线；

    (c)是用四引线电阻法验证的R-T曲线；

    (d)是曲线C的局部放大图。

    实施例：

    1．采用Nd₁Ba₂Cu₃O_7-δ园柱靶材，基片为LaAlO₃(100)单，晶片靶基距为8cm；

    溅射条件：气氛：氧氩混合气、氧分压为15pa(O₂∶Ar=1∶3.3)，总压65pa；

              基温：770℃

              功率：电流0.2A，电压170v

              时间：12h。

    后处理工序：

    溅射完成后关掉Ar气，在氧等离子体中降温至390℃后充入8×10⁴pa纯

    氧，再保温8分钟后自然冷却至100℃以下。

    制得的Nd₁Ba₂Cu₃O_7-δ薄膜厚度430nm(生度速率0.01nm/分)，

    用感法和电阻法测量，其Tcoo=95k。

    2．改变靶组成为Nd₁Ba_2.2Cu_3.5O_7-δ，

    溅射条件：气氛为氧氩混合体，氧分压为20pa(O₂∶Ar=1∶2)，

              总压60pa

              电流：0.7A

              时间：10h

              基温：760℃

    其它均与实施1完全相同。

    制得的Nd₁Ba₂Cu₃O_7-δ薄膜，经测试Tco=94.5k。

    3．氧分压20pa，总压65pa(O₂∶Ar=1∶2.2)，基温750℃，溅射电流0.2A，溅射时间18h，其它均与实施例1相同，制得的Nd₁Ba₂Cu₃O_7-δ薄膜，经测试Tco=94.3k。