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Ｒｓ和高度线性的表面电抗Ｘｓ，即高ＪＩＭＤ。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】
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(RE)Ba2Cu307—s稀土组合物。
技术介绍
J. G. Bednorz禾P R. A. Muller于1986年在标题为Possible HighTcSuperconductivity in the Ba_l^_Cu_0 system，， (64 Z. Phys. B. -Condensed Matter,卯189-193(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-0组合物。这里，所述组合物是La5—xBaxCu505(3—y)，其中x = 0. 75-1， y > O，并且在30K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-0化合物的起始T。提高到高于50K。 (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Tc值接近90K的起始点和 70K的零电阻状态。该化合物具有名义组成YuBa。.sCu(Vs (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Y2BaCu0s(绿相)，PYBa2CU306+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-0化合物中也报道了接近90K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90K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钙钛矿相中，Batlogg提醒该组合物对于相的分离是重要的并且它必须在M^' Cu307—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i : 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)BC0组合物维持约90K的Te。 (S. Jin， Physica C173，第75-79页(1991))。另外，进一步的研究表明c_轴相干长度和T。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 C258，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)2Cu309—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97K的YBCO膜，其在从50K到超过77K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，JMacMa皿s-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(B^—,RE》Cu30y，其中RE二Er或Dy并且xX). 1(14%偏离)以及其中RE = Ho并且x > 0 (任意偏离)，Te显著降低。(J丄MacMa皿s-Driscoll，Physica C 232，第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YBC0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(Rs)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T。和J。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 (后来建议替换为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. Prusseit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2-3K)，并且它们在77K下的表面电阻(Rs)还降低20% :10GHz下 250 ii Q相对于 300ii Q，在微波谐振腔中测量。(W.Prusseit，本文档来自技高网...
【技术保护点】
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ＲＥ↓［ｚ］Ｂａ↓［ｙ］Ｃｕ↓［３］Ｏ↓［ｘ］其中ＲＥ是稀土，并且其中在７７Ｋ下Ｊ↓［ＩＭＤ］＞０．８×１０↑［７］Ａ／ｃｍ↑［２］。
【技术特征摘要】
US 2004-12-23 60/639,043一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，并且其中在77K下JIMD＞0.8×107A/cm2。2. 权利要求1的制品，其中在77K下J扁> 1. 5X 107A/cm2。3. 权利要求2的制品，其中在77K下J扁> 3X 107A/cm2。4. 权利要求l的制品，其中y显著小于2. 1并且y/z的比例为1.65±10%。5. 权利要求4的制品，其中y显著小于2. 1并...
【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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