一种金属基带上适用于IBAD-MgO生长的简化阻挡层及其制备方法，该简化阻挡层设置在金属基带上，为单一YAlO阻挡层，采用多通道脉冲激光镀膜技术或者多通道磁控溅射技术来制备该单一YAlO阻挡层。本发明专利技术制备得到具有光滑表面、表面颗粒大小均匀、粗糙度低、结合力强的YAlO阻挡层，YAlO阻挡层既能阻挡金属基带的原子扩散到其它层，降低金属基带的粗糙度，又能作为IBAD-MgO层的形核层。YAlO阻挡层的表面粗糙度小于2纳米，在其上制备得到的IBAD-MgO层的面内织构度达到7°以下，适合于在其上外延生长高性能的稀土氧化物超导层。本发明专利技术减少了IBAD-MgO用阻挡层的层数，实现制造工艺的简单化、快速化和低成本化，具有高的稳定性，重复性和可靠性，适合于产业化生产，在工业上有较好应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钇钡铜氧(YBCO)第二代高温超导带材领域，尤其涉及。
技术介绍
作为第二代高温超导带材，钇系(YBa2Cu307_s，简称YBC0)涂层导体具有高临界电流密度(J。)、磁场CL-B)特性和低价的特点，因此在电力、能源、交通、信息各领域有着巨大的应用前景，如电机、马达、变压器、限流器、磁体、超导储能、核磁共振成像等，从而高温超导技术被广泛认为是21世纪的战略技术，是欧美日等发达国家重点支持的能源、材料及军事技术，也被列入我国国家中长期科技发展规划。制备钇系涂层导体主要使用薄膜沉积技术。为了提高超导性能，钇系超导薄膜需要具备优良的双轴织构，即钇系超导薄膜的晶粒在c轴和a/b轴2个方向的排列需要尽可能的一致。双轴织构是钇系涂层导体制备的核心。双轴织构可以在制备过渡层时产生，也可以在制备金属基底的过程中产生，基于这两种思路，目前制备钇系涂层导体存在两种主要的技术路线，它们分别是:离子束辅助沉积技术(1n Beam Assisted Deposition,简称IBAD)和轧制辅助双轴织构基带技术(Rolling Assisted Biaxial Textured Substrate,简称RABiTS)。从目前世界范围内钇系涂层导体长带的进展情况可以看到IBAD技术路线是多数研发单位的选择，使用IBAD技术路线的研发单位的产品性能也处于领先位置。IBAD技术即是在没有双轴织构的金属基底上，通过离子束溅射的方法沉积MgO，YSZ，CeO2等立方晶系的氧化物 材料的薄膜，同时使用几百电子伏(eV)能量的离子束从特定方向(一般为立方晶系的面对角线或体对角线方向)轰击正在沉积中的薄膜，从而引导薄膜形成双轴的织构。1991年，日本Fujikura公司的Iijima等人开始使用IBAD技术制备钇系涂层导体，首次解决了在无双轴织构的金属基底上制备高性能的钇系超导薄膜的问题，采用IBAD制备出具有双轴织构的YSZ薄膜。然而，YSZ薄膜的厚度需要达到1000纳米以上才能具有小于15度的面内织构度，并且薄膜的制备速率仅是0.1纳米/秒，因此这个工艺不适合工业应用。在2001年，J.R.Groves将薄膜材料改成MgO，发现大约10纳米厚MgO薄膜即可具有非常好的面内织构度，因而采用MgO来作为缓冲层大大减少涂层导体的制备时间，从而使得IBAD工艺可以有效的运用于YBCO涂层导体的制备。IBAD技术路线制备的钇系涂层导体的基本结构如图1所示，该钇系涂层导体的基本结构从下至上依次为金属基带、阻挡层、IBAD-MgO层、缓冲层和超导层。目前常用基于IBAD技术路线的标准钇系涂层导体结构是金属基带/Al2O3阻挡层/Y2O3阻挡层/IBAD-MgO层/MgO缓冲层/LaMnO3或者SrRuO3或者SrTiO3或者SrRuO3和SrTiO3混合物缓冲层以及YBCO超导层。其中阻挡层包括两层，第一层是不活泼的氧化物材料Al2O3阻挡层，作用一方面是阻挡金属基带的原子向其它层扩散，另一方面是改善金属基带的表面质量，降低基带的表面粗糙度，其厚度为100-1000纳米；第二层是非结晶的氧化物材料Y2O3阻挡层，作用是为IBAD-MgO层提供形核层，其厚度为5-100纳米，最佳厚度范围是20-40纳米。在这种标准的钇系涂层导体结构中，阻挡层由Al2O3和Y2O3两层组成，Al2O3和Y2O3两层都可以利用脉冲光激光沉积、磁控溅射沉积、电子束蒸发、化学气相沉积、离子束溅射、分子束外延等多种薄膜沉积技术制备。若要制备Al2O3和Y2O3两层，可采用两种方式，一种方式是使用同一设备开腔换靶或者更换前驱液，这样会增加靶材的成本或者前驱液的成本，又增加了制备时间；另一种方式是使用不同设备，在第一台设备中制备Al2O3层，在到第二台设备中制备Y2O3层，这样会增加设备的成本，也增加了制备成本。
技术实现思路
本专利技术提供，提供既能够阻挡金属基带中原子向其它层扩散和改善金属基带表面粗糙度、又能够成为IBAD-MgO的形核层的简化阻挡层，使用单一阻挡层就能获得优异的IBAD-MgO结晶取向性，通过减少阻挡层的层数来实现制备工艺的简单化和低成本化。为了达到上述目的，本专利技术提供一种金属基带上适用于IBAD-MgO生长的简化阻挡层，该简化阻挡层设置在金属基带上，该简化阻挡层为单一 YAlO阻挡层。所述的单一 YAlO阻挡层的材料采用YxA12_x03，x=0 2。所述的单一 YAlO阻挡层的厚度为50-500nm。本专利技术还提供了一种利用多通道脉冲激光镀膜技术在金属基带上制备单一 YAlO阻挡层的方法，该方法包含以下步骤: 步骤1、把经高温烧结制备的YAlO氧化物靶材装在腔体中的靶托上； 步骤2、将金属基带缠绕在多通道脉冲激光镀膜系统内； 步骤3、关闭镀膜系统的门，并抽真空到所需真空度； 步骤4、通入氧气，将气体的气压调节到YAlO阻挡层镀膜工艺所需的气压值； 步骤5、启动激光靶旋转与扫描系统，启动准分子激光器能量和频率升到YAlO阻挡层镀膜工艺所需的值； 步骤6、等气压、激光能量、激光频率稳定后，打开激光光路开关，开始靶材表面预溅射过程； 步骤7、等激光蒸发形成的椭球状等离子体稳定后，启动多通道传动装置的步进电机开关，并将金属基带的行走速度调到所需值，进行镀膜，金属基带通过多次缠绕在多通道传动装置的辊轴上，多次通过镀膜区； 步骤8、完成镀膜后，关闭氧气、步进电机和激光光路开关以及激光器，打开氮气充气阀门，使真空腔内充氮气到I个大气压，打开腔体取出带材，以供制备IBAD-MgO用。所述的步骤2包含以下步骤: 步骤2.1、将金属基带的一端缠绕到第一卷盘上； 步骤2.2、牵引金属基带多次缠绕在多通道传动装置的辊轴上，在辊轴之间形成多通道金属基带区域； 步骤2.3、将金属基带的另一端固定在第二卷盘上。编码器和步进电机控制金属基带行走速度，使金属基带通过多通道传动装置的辊轴缠绕,多次通过加热器。所述的步骤3中，真空度为lXl(T6-6Xl(T6Torr。所述的步骤4中，氧气的流量由质量流量计来控制，流量为10-20SCCm，YALO阻挡层镀膜工艺所需的气压值为IX 10_3-2 X IO-1Torr。所述的步骤5中，激光器能量为200_450mJ，频率为40_180Hz。所述的步骤6中，预溅射时间为5-10分钟。所述的步骤7中，行走速度为20m/h_200m/h。本专利技术还提供了一种利用多通道磁控溅射技术在金属基带上制备单一 YAlO阻挡层的方法，该方法包含以下步骤: 步骤1、把经高温烧结制备的YAlO氧化物靶材装在腔体中的靶托上； 步骤2、将金属基带缠绕在多通道磁控溅射镀膜系统内； 步骤3、关闭镀膜系统的门， 并抽真空到所需真空度； 步骤4、打开氩气和氧气流量显示仪，向腔体内通入一定比例的氩气和氧气，通过控制分子泵的插板阀，将混合气体的总气压调节到YAlO阻挡层镀膜工艺所需的值； 步骤5、开启射频溅射电源开关，将射频功率调节到YAlO阻挡层镀膜工艺所需的值； 步骤6、等气压、射频功率稳定后，打开射频溅射开关，开始对YAlO靶材表面进行预溅射； 步骤7、等辉光稳定后，启动多通道传动装置的步进电机开关，并将金属基带的行走速度调到本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种金属基带上适用于IBAD?MgO生长的简化阻挡层，该简化阻挡层设置在金属基带上，其特征在于，该简化阻挡层为单一YAlO阻挡层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李贻杰，刘林飞，肖桂娜，
申请(专利权)人：上海超导科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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