专利名称：一种双层膜超导整流器件的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种基于载流子浓度调控超导转变温度的超导整流器件制备方法，具体是指在外场作用下，控制La1.8Sr0.2Cu04/LaL 9Sr0. AuO4双层膜结构中载流子浓度迁移，进而改变了双层薄膜超导转变温度，实现整流特性的超导器件的制备工艺。
背景技术：
超导材料由于其具有电阻为零的优点，在能源紧张的今天受到越来越多人的关注，微型化器件的出现促使了薄膜材料的研究，能够将超导薄膜应用到更多的微电子器件这一目标吸引了越来越多的科研工作者对超导薄膜的研究。在对超导材料块体的研究过程中，人们也逐渐的认识到薄膜材料在实际应用中的优势，尤其是将超导薄膜材料应用于电子器件。高温超导薄膜可以在很多器件中得到应用，如红外探测器，场效应器件，微波器件
坐寸οLa2^xSrxCuO4(LSCO)系列超导体，其超导转变温度随载流子浓度的变化可以在很宽的范围内调控，这一特点对超导体物理机制的研究及在器件中的应用都是非常重要的。以下发明是基于电场对载流子浓度调控，进而改变超导转变温度的机制，设计了一种新的器件模型。利用脉冲激光沉积技术，制备了具有La1.8Sr0.2Cu04/LaL 9Sr0. AuO4双层薄膜器件。并对器件进行了测试，通过施加正反向电场，双层膜结构的整体超导转变温度发生变化，同时表现出整流行为。该器件具有安全、环保、体积小、结构牢固等优点，具有很大的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种全物理的可重复性强的超导器件的制备工艺。在本发明中，器件模型LauSra2CuCVLah9Sra1CuO4双层薄膜结构是利用脉冲激光沉积技术制备的。 器件的特性是在低温下实现整流功能。本发明是通过下述技术方案得以实现的一种双层膜超导整流器件的制备方法，其特征在于包括如下步骤(I)首先采用单面抛光的SrTiO3(OOl)为衬底，并超声清洗干净，自然晾干；(2)利用脉冲激光沉积技术，在PLD球型脉冲激光沉积镀膜系统中，沉积气氛为O2，依次将具有两种成分分别沉积到SrTiO3的抛光面上制备双层薄膜；靶材分别为 LauSra2CuO4和LauSraiCuO4 ;本发明中的PLD脉冲激光镀膜是一种常规的薄膜沉积技术， 在工业生产和科学研究实验室中已经被广泛的应用于各种薄膜的制备，在行业内为普通技术人员所认识，对于双层薄膜的厚度则为满足一般的使用即可，而沉积的时间与薄膜的厚度等有关工艺，都是行业内的常识。(3)然后将双层薄膜的一半保护起来，采用HNO3溶液，腐蚀上层薄膜，使产品表面形成两种不同成分薄膜的台阶结构。作为优选，上述一种双层膜超导整流器件的制备方法的步骤(2)中用脉冲激光沉积镀膜系统制备薄膜时，参数激光能量为700mJ-900mJ，衬底温度为630°C _670°C，靶基距为50mm-60mm。作为更佳选择，步骤(2)中用脉冲激光沉积镀膜系统制备薄膜时，参数激光能量为800mJ，衬底温度为650°C，靶基距为55mm，本发明内的参数条件选择是经多次实验所得出的结果，相对于其它条件，具有更好的效果。作为优选，上述一种双层膜超导整流器件的制备方法的步骤(2)中的沉积速率为 5nm/min。作为优选，上述一种双层膜超导整流器件的制备方法的步骤(2)中形成 La1 9Sr0 !CuO4ZLa1 8Sr0 2Cu04超导双层膜,上层与下层薄膜厚度相差100nm-130nm,下层薄膜比上层薄膜的厚度大。作为优选，上述一种双层膜超导整流器件的制备方法的步骤(3)中的HNO3溶液是质量浓度为O. 5%的HNO3溶液，腐蚀时间为40min以内。有益效果本发明的优点是⑴本发明在制备过程中，采用脉冲激光沉积技术制备超导双层薄膜器件，对环境无污染现象、实验过程稳定。沉积速率高，工艺参数任意调节， 对靶材的种类没有限制；(2)对器件测试，施加外加电场后，可以有效调控双层膜的超导转变温度，并表现出一定的整流特性。
图I为本发明所形成的器件结构示意图；图2为本发明跨层测量的超导双层膜薄膜器件I-V曲线。
具体实施例方式以下结合实例进一步说明本发明实施例I对于本实施例，(I)首先采用单面抛光的SrTiO3(OOl)为衬底，并超声清洗干净， 自然晾干；(2)利用脉冲激光沉积技术，在PLD球型脉冲激光沉积镀膜系统中，沉积气氛为O2，依次将具有两种成分分别沉积到SrTiO3的抛光面上制备双层薄膜；靶材分别为 LauSra2CuOjPLah9Sra1CuO4 ； (3)然后将双层薄膜的一半保护起来，采用质量浓度为O. 4% 的HNO3溶液，腐蚀上层薄膜，使产品表面形成两种不同成分薄膜的台阶结构；其中，上述脉冲激光沉积镀膜系统制备薄膜时，参数激光能量为700，衬底温度为640°C，靶基距为50 ;形成La1.9Sra JCuO4ZLa1 8Sra2Cu04超导双层I旲，上层与下层薄I旲厚度相差100，上层薄I旲比下层薄膜的厚度大，形成结构如图I所示。最后用低温电学测量系统进行测量。测试结果表明该器件在低温下具有很好的整流特性，如图2所示。实施例2根据实施例I相同的方法，将衬底SrTO3(OOl)超声清洗干净，自然晾干。根据最优沉积条件，利用脉冲激光沉积镀膜系统，激光能量约为800mJ，沉积速率约为5nm/min，制备 La1.9SrQ. ACVLauSra2CuO4超导双层膜，上下层薄膜厚度相差130nm。然后将双层膜样品的一半保护起来，放入质量浓度为O. 5%的HNO3溶液中进行腐蚀40min，在产品表面形成两种不同成分的薄膜台阶。最后用低温电学测量系统进行测量。测试结果与实例I类似，该器件在低温下也具有很好的整流特性。
权利要求
1.一种双层膜超导整流器件的制备方法，其特征在于包括如下步骤(1)首先采用单面抛光的单晶SrTiO3(OOl)为衬底，并超声清洗干净，自然晾干；(2)利用脉冲激光沉积技术，在PLD球型脉冲激光沉积镀膜系统中，沉积气氛为02，依次将具有两种成分的超导薄膜分别沉积到SrTiO3的抛光面上制备成双层薄膜结构；靶材分别为=Lah8Sra2CuO4 和 Lah9SraiCuO4 ；(3)然后将双层薄膜的一半保护起来，采用HNO3溶液，腐蚀上层薄膜，使产品表面形成两种不同成分薄膜的台阶结构。
2.根据权利要求I所述的一种双层膜超导整流器件的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中用脉冲激光沉积镀膜系统制备薄膜时，参数激光能量为700mJ-900mJ，衬底温度为 6300C _670°C，靶基距为 50mm-60mm。
3.根据权利要求2所述的一种双层膜超导整流器件的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中用脉冲激光沉积镀膜系统制备薄膜时，参数激光能量为800mJ，衬底温度为650°C， 革巴基距为55mm。
4.根据权利要求I所述的一种双层膜超导整流器件的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的沉积速率为5nm/min。
5.根据权利要求I所述的一种双层膜超导整流器件的制备方法，其特征在于，所述步骤⑵中形成Lah9SraiCu(VLah8Sra2CuC)4超导双层膜，上层与下层薄膜厚度相差 100nm-130nm,上层薄膜比下层薄膜的厚度大。
6.根据权利要求I所述的一种双层膜超导整流器件的制备方法，其特征在于，所述步骤⑶中的HNO3溶液是质量浓度为O. 5%的HNO3溶液，腐蚀时间为40min以内。
全文摘要
本发明公开了一种基于载流子浓度调控超导转变温度机理的超导薄膜整流器件，具体是指一种以La1.8Sr0.2CuO4/La1.9Sr0.1CuO4双层膜为模型的超导器件的制备和测试。本发明是先用脉冲激光沉积镀膜系统制备双层薄膜，然后采用稀释的浓HNO3溶液腐蚀上层薄膜制备器件，在低温下测量器件的物理特性，测试结果表明该器件具有很好的整流特性。本发明的优越性基于载流子浓度调控超导转变温度的机理，通过施加电场，可以有效调控双层膜的超导转变温度，并表现出很好的整流特性，这种器件是基于超导体系中的新的物理机制构建的器件，并在超导状态下工作，在电子信息领域有很大的应用前景。
文档编号C23C14/28GK102586740SQ20121004618
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月27日 优先权日2012年2月27日
发明者刘仁娟, 唐为华, 崔灿, 张媛, 李培刚, 沈静琴 申请人:浙江理工大学