本发明专利技术的膜是专门为微波和ＲＦ应用优化的高温超导（ＨＴＳ）薄膜。特别地，本发明专利技术关注于显著偏离１∶２∶３化学计量的组成以便产生为微波／ＲＦ应用优化的膜。ＲＦ／微波ＨＴＳ应用要求ＨＴＳ薄膜具有优异的微波性质，特别是低的表面电阻Ｒ↓［ｓ］和高度线性的表面电抗Ｘ↓［ｓ］，即高Ｊ↓［ＩＭＤ］。如此，本发明专利技术的特征在于其物理组成、表面形貌、超导性质和由这些膜制成的微波电路的性能特性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及为RF应用优化的高温超导组合物的薄膜及制造它们 的方法，更具体涉及显著偏离1:2:3化学计量的(1^)83201307-5稀土 组合物。
技术介绍
J.G. Bednorz和R.A. Muller于1986年在标题为Possible High rc Superconductivity in the Ba-La-Cu-O system (64 Z. Phys. B.誦 Condensed Matter, ppl89-193 (1986))的文章中关于镧、钡、铜和氧的 混合物首先报道了稀土氧化物超导体及其在显著高于先前记录的温度 下超导电的能力。Bednorz和Muller描述了材料变成超导的临界温度 相对先前公知的其它类材料显著提高的Ba-La-Cu-O组合物。这里， 所述组合物是La5_xBaxCu5Os(3.y),其中a: = 0.75-1， y >0,并且在30 K 范围发生电阻率的突变。这个贡献导致深入的研究以便发展具有更高转变温度，优选高于 77K的材料，因为这样的材料能够使用液氮来冷却超导设备。在1987 年，Houston大学的C.W. Chu及其合作者们发现通过施加压力可以 将La-Ba-Cu-O化合物的起始j;提高到高于50 K。 (Phys. Rev. Lett. 58.405 (1987); Science 235， 567 (1987))。Houston和Alabama大学的Chu和合作者们发现混合相 Y-Ba-Cu-O体系具有rc值接近90 K的起始点和 70 K的零电阻状态。该化合物具有名义组成YuBao.sCuO (Phys. Rev. Lett. 58， 908 (1987)。 Chu和合作者们以及AT&T和IBM的科学家们接下来揭示 这种化合物由名义组成为Y2BaCu05(绿相)和YBa2Cu306+x(黑 相)的两相组成。后者的相据确定是超导相，然而前者是半导电的(Cava 等，Phys. Rev. Lett. 58， 1676 (1987); Hazen等，Phys. Rev. B 35， 7238 (1987); Grant等，Phys. Rev. Lett. 35， 7242 (1987)。Moodenbaugh和合作者们在混合相Lu-Ba-Cu-O化合物中也报道 了接近90 K的超导性(Phys. Rev. Lett. 58， 1885 (1987)。 Chu等也对化 学式ABa2Cu306+x (其中A = Y、 La、 Nd、 Sm、 Eu、 Gd、 Ho、 Er 或Lu )的化合物确定出高于90 K的超导性(Phys. Rev. Lett 58， 1891 (1987)。从这些不同的稀土(RE)BCO (RE =稀土， B = Ba， C = Cu)化合物 获得的数据证实对于这类化合物，超导性与可能仅沿c-轴被A阳离子 破坏的Cu02-Ba-Cu02-Ba-Cu02面集合有关。在这个发现之后，研究关注于具有高温超导(HTS)性质的YBCO 类化合物。B. Batlogg首先发现并且分离出引起YBCO化合物超导性 质的单一结晶相。(B.Batlogg，美国专利第6,636,603号)。在分离组合 物的这种钩钛矿相中，Batlogg提醒该组合物对于相的分离是重要的并 且它必须在M2M，Cii307.s组成的10%以内，其中M是二价阳离子优 选为钡并且M，是三价阳离子优选为钇。其它研究已经调查了各种稀土元素取代钇以及改变Y:Ba:Cu的 1:2:3比例对HTS组合物超导性质的影响。多项研究已经表明部分或 者完全取代除Pr、 Ce和Tb以外的稀土元素的能力并且为所得的 (RE)BCO组合物维持约90 K的rc。 (S. Jin， Physica C 173，第75-79 页(1991))。另外，进一步的研究表明c-轴相干长度和7;值随着增加 取代钇的稀土元素的离子半径而增加(G.V.M. Williams, Physica C 258，第41-46页(1996))。基于这些发现，IBM的P. Chaudhari及其合作者们开发出 一种制 备名义组成为(RE)(AE)20i309-y (其中RE是稀土元素，AE是碱土元素并且y足以满足化合价的要求)的高温超导氧化物薄膜的方法。 (Chaudhari,美国专利第5，863，869号(1999))。所用的稀土元素包括 Y、 Sc和La，并且AE还可以被Ba、 Ca或Sr取代。由于铜高的超 导起始温度和氧化铜膜平滑、均匀的性质，因此对于该氧化物，铜是 优选的过渡金属。使用这种生长方法，Chaudhari能够获得超导起始 温度约97 K的YBCO膜，其在从50 K到超过77 K下表现出超导行 为。这些膜在目标的(RE)(AE)2Cu309-y组成的15%内，并且Chaudhari 指出为了观察到高温超导性不一定需要精确的组成。但是，在薄膜中(RE)BCO阳离子交换的另一项研究中，J MacManus-Driscoll等注意到对于具有Ba位置上的稀土 (RE)元素取代 的偏离组成的膜例如RE(Ba2-xREx)Cu30y,其中RE-Er或Dy并且jc > 0.1 (14%偏离)以及其中RE = Ho并且jc > O(任意偏离)，7;显著降低。 (J丄MacManus曙Driscoll， Physica C 232，笫288-308页(1994)。 J. MacManus-Driscoll进一步报道薄膜生长时的氧压力似乎对RE和Ba 的阳离子的结构无序有影响，稀土离子的尺寸也是如此。小的稀土阳 离子取代较大的Ba阳离子将对晶格产生大的应变因此产生不可能形 成的不稳定相。改变YBCO薄膜的1:2:3化学计量的另一项研究指出大过量的钇 形成超细的钇析出物，导致增加的表面电阻(及,)和不良的微波品质， 但是略微增加的铜和钇含量导致最小的表面电阻(E. Waffenschmidt， J, Appl. Phys. 77 (1)第438-440页)。此外，N.G. Chew等分析了组成中 的微小变化对YBCO薄膜的结构性质和电学性质的影响并且发现以 接近1:2:3的化学计量生长或具有过量钇的膜是平滑的，而具有过量 钡的膜表现出表面粗糙度和a-轴取向晶粒的生长。(N. Chew， Appl. Phys. Lett. 57 (19)第2016-2018页(1990)。这些作者进一步发现存在 明确限定的YBCO组成，其中Tc和/c被最大化并且c-轴晶格常数、 (007)X-射线峰宽和表面粗糙度被最小化。对于Ba/Y比例为2.22 ± 0.05(后来建试替换为2)和Cu/(Y+Ba+Cu)比例为0,5，这些量被优化。 阳离子比例从这种优化的组成的微小改变引起上述参数的显著降低。W. Prussdt等已经制造出与其YBCO膜相比具有改良性质的同 构Dy-BCO薄膜。通过用镝取代钇并且在与YBCO相同的条件下生长， Prusseit制造出仅轻微偏离1:2:3化学计量的膜。与其YBCO膜相比， 这些材料表现出更好的化学稳定性和提高的转变温度(提高2-3 K),并 且它们在77K下的表面电阻(凡)还本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超导制品，其包括：衬底，及位于衬底上的薄膜，该薄膜具有名义组成ＲＥ↓［ｚ］Ｂａ↓［ｙ］Ｃｕ↓［３］Ｏ↓［ｘ］其中ＲＥ是稀土，并且其中ｙ显著小于２．１并且ｙ／ｚ的比例为１．６５±１０％。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-12-23 60/639,0431.一种超导制品，其包括衬底，及位于衬底上的薄膜，该薄膜具有名义组成REzBayCu3Ox其中RE是稀土，并且其中y显著小于2.1并且y/z的比例为1.65±10％。2. 权利要求1的制品，其中y显著小于2.1并且y/z的比例为1.65 ±6%。3. 权利要求1的制品，其中y显著小于2.1并且y/z的比例为1.65 ±3%。4. 权利要求1的制品，其中在77K下850 MHz下的JIMD> 0.8 x 107 A/cm205. 权利要求1的制品，其中在77K下1.85 GHz下的Rs小于15 。6. 权利要求l的制品，其中所述制品包括浓度<1%的45°晶界。7. 权利要求l的制品，其中通过反应共蒸发在衬底上沉积所述薄膜。8. 权利要求1的制品，其中所述薄膜具有〉87K的超导转变温度。9. 权利要求l的制品，其中所述衬底具有>3平方英寸的表面积。10. 权利要求l的制品，其中将所述薄膜图案化成具有高Q电路 元件的射频电路。11. 一种具有改良微波品质的超导制品，其包括 衬底，及位于村底上的薄膜，该薄膜具有名义组成 REzBayCu3Ox其中RE是稀土且不是钇，并且其中在77K下JIMD> 0.8 x 107 A/cm2。12. 权利要求11的组合物，其中在77K下JIMD> 1.5 x 107 A/cm2。13. 权利要求12的组合物，其中在77K下JIMD>3 x 107 A/cm2。14. 一种具有改良微波品质的超导制品，其包括 衬底，及位于衬底上的薄膜，该薄膜具有名义组成 REzBayCu3Ox其中RE是稀土且不是钇，并且其中当在1.85 GHz和77K下测 量时民<15 fiQ。15. 权利要求14的组合物，其中当在1.85 GHz和77K下测量时 Rs < 10 jiQ。16. 权利要求15的组合物，其中当在1.85 GHz和77K下测量时 Rs <8 jiQ。17. —种超导制品，其包括 衬...
【专利技术属性】
技术研发人员：B莫克莱，B威廉森，彭兴仁，V吉尔安特塞夫，
申请(专利权)人：超导技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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