专利名称：采用电泳技术制备大面积高温超导钡钇铜氧厚膜的方法
技术领域：
本发明涉及到高温超导膜的制备领域，特别是涉及用电泳技术制备大面积高温超导钡钇铜氧(YBa2Cu3O7-δ)厚膜的方法。
背景技术：
YBa2Cu3O7-δ超导膜，由于其较高的超导转变温度、高的临界电流密度，广泛应用在微波与通信领域中，特别在滤波器等微波器件中有不可替代的地位。现在制备YBa2Cu3O7-δ膜常采用脉冲激光沉积法(以下简称PLD)和磁控溅射法等。PLD方法能生长出超导性能优良的YBa2Cu3O7-δ薄膜，但它的生长速度会随膜层面积增加而变缓慢。而且制备难度随膜层面积变大和变厚而迅速增加。此外，PLD法还需要昂贵的大功率准分子激光器，如文献1Preparation of Y-Ba-Cu oxide superconductor thin filmsusing pulsed laser evaporation from high Tc bulk material，Appl.Phys.Lett.，51，619，1987中所介绍的。另一种采用磁控溅射法制备YBa2Cu3O7-δ膜，如文献2Growth and characterization of a-axisoriented YBa2Cu3O7-δthin films on(100)LaSrGaO4substrates，PhysicaC，280，167，1997中所介绍的，该方法制备的YBa2Cu3O7-δ膜的膜表面非常光滑，但是在制备过程中容易形成反溅射，使YBa2Cu3O7-δ膜的质量下降。另外，各元素的蒸发速率不一样，使膜的成分发生偏离。因此，经实践证明以上方法都不是生长YBa2Cu3O7-δ超导厚膜的理想方法。
发明内容
本发明的目的在于克服PLD方法虽能生长出超导性能优良的YBa2Cu3O7-δ薄膜，但它的生长速度会随膜层面积增加而变的缓慢，而且制备难度随膜层面积变大和变厚而迅速增加的缺点和还需要昂贵的大功率准分子激光器的缺点；此外，还在于克服磁控溅射法在制备过程中的膜容易形成反溅射，使膜的质量下降以及各元素的蒸发速率不一样，使膜的成分发生偏离的缺点；为了制备超导膜的面积达到5mm-200mm的尺寸范围内，同时又实现YBa2Cu3O7-δ超导膜厚到800nm-20μm，从而提供一种采用电泳技术制备大面积YBa2Cu3O7-δ厚膜的方法。
本发明是这样实现的本发明提供的采用电泳技术制备大面积YBa2Cu3O7-δ厚膜的方法包括以下步骤第一步，将预先烧结好的YBa2Cu3O7-δ粉末充分研磨，以达到颗粒度小于0.1-10μm，否则会导致膜不均匀；第二步，先在MgO单晶基底上用通常的蒸发法沉积一层金属膜，该金属膜包括Ag，或者其它不破坏钡钇铜氧超导电性的金属，例如Pt，Au，Cu，Ir，Al，Pd等材料的膜，将此镀好膜的基片固定在负极上，放在干净的器皿中备用；第三步，取步骤1所制备的YBa2Cu3O7-δ粉末，按YBa2Cu3O7-δ粉末与有机溶剂混合，其混合比例为2-40克/升，所述的有机溶剂包括丙酮、酒精、氯仿或二氯乙烯、高纯的水等等，所有的有机溶剂都可以，然后搅拌使YBa2Cu3O7-δ在有机溶剂内完全分散均匀，配制成YBa2Cu3O7-δ电泳液；第四步，将步骤3所制备的YBa2Cu3O7-δ电泳液4放入洗净的电泳池中，再次搅拌使之更均匀；将制备好的装有基片的电极防入电泳池中，正负电极接一高压直流电源；然后在电极上通20-900V的直流电，并保持通电沉积5-1600秒钟，在基片上沉积一层均匀的YBa2Cu3O7-δ膜；第五步，将步骤5沉积好YBa2Cu3O7-δ膜放在烧结炉中，炉温在以300-400度/小时的升温速度升到1000-1106℃，并保温30分钟，然后以300度/小时的降温速度降至990℃，又以1度/小时的速度降至950℃，最后以300度/小时降温速度冷却到室温，得到沉积在基片上的YBa2Cu3O7-δ厚膜；为了得到高Tc0，高Jc的结晶良好、致密的YBa2Cu3O7-δ厚膜，还包括第六步骤将YBa2Cu3O7-δ厚膜放在烧结炉中，炉温在保持300℃至400℃下，并充入氧气，其氧气的流速为0.1-25升/分，进行后退火处理。
所述的电泳池，如图1所示；根据所需制备厚膜的尺寸来限定电极的大小，正负电极(2，3)由同一种金属带材制成，正负电极间隔为3-5cm，将负极3下端和侧面弯折起以使基片可以固定在负极上，一起插入电泳池中；所述的有机溶剂纯度为99.99％。
所述的作为电极的金属材料要求化学性质非常稳定，并且具有一定的柔韧性，如铜、银、不锈钢等。
本发明的优点本发明的采用电泳技术制备大面积高温超导钡钇铜氧厚膜的方法，由于电泳极高的沉积速率，使得生长YBa2Cu3O7-δ膜的厚度迅速增长，并且膜的厚度容易控制，膜的尺寸也不受限制，这样容易生长厚膜；该方法工艺简单，特别适合工业化生产；所生长的厚膜质地均匀致密，性能优良，造价低廉。
图1是电泳池结构示意图本实施例使用的是图1中所示的电泳池，将10mm×10mm×0.5mm的MgO基片预先蒸上一层Ag。第一步，将2.45克YBa2Cu3O7-δ粉，充分研磨使其颗粒度小于2μm，然后将研磨好的YBa2Cu3O7-δ粉与125-1000毫升丙酮(纯度99.99％)混合，用玻璃棒搅拌后倒入电泳池。第二步，将厚0.3mm宽1.5cm长5cm的金属银清洗作为电泳池的正负电极。负极的下端和侧面被弯折以固定基片，将镀有Ag的MgO基片固定在负极上。第三步，在电极上加900伏特直流电并保持10分钟。在基片上就沉积了一层约10μm厚的YBa2Cu3O7-δ膜。第四步，将沉积好YBa2Cu3O7-δ膜的放在烧结炉中，炉温在以300-400度/小时的升温速度升到1106℃，并保持半小时，然后以300度/小时的降温速度降至990℃，又以1度/小时的速度降至950℃，最后以300度/小时冷却到室温，这样沉积在基片上的YBa2Cu3O7-δ厚膜就初步制备完成。还包括第五步，在氧气中，温度保持400℃进行后退火处理，氧流速为0.5升/分，得到的YBa2Cu3O7-δ厚膜均匀致密，超导转变温度91K，临界电流密度为1.5×106A/cm2。说明该方法得到性能优良的大面积YBa2Cu3O7-δ厚膜，经多次实验证实该方法简单、重复性好。
实施例2在150mm×150mm的MgO大基片上制备YBa2Cu3O7-δ超导厚膜。
本实施例使用的是图1中的电泳池。方法与实施例1类似，预先在MgO基片蒸一层Pt。电泳池与实施实例1相同，YBa2Cu3O7-δ粉末颗粒度小于0.5μm，电泳溶剂用氯仿。将镀有Pt的MgO基片固定在负极上，正负极之间通有900伏电压，保持30分钟。在基片上就沉积了一层约800nm厚的YBa2Cu3O7-δ膜。将沉积好YBa2Cu3O7-δ膜的放在烧结炉中，炉温在以300-400度/小时的升温速度升到1080℃，并保持半小时，然后以300度/小时的降温速度降至990℃，又以1度/小时的速度降至950℃，最后以300度/小时冷却到室温，将此YBa2Cu3O7-δ厚膜在350℃氧气氛中进行后退火处理，氧流速为20升/分，得到的YBa2Cu3O7-δ厚膜均匀致密，超导转变温度分布在85K和92K之间。
实施例3在织构的镍片上生长YBCO薄膜，MgO作隔离层。
本实施例用图1中的电泳池。方法与实施例1类似，首先制备致密均匀的氧化镁薄膜(按中国专利申请号NO.01110033.8制作)，将MgO基片蒸上一层Al。电泳池与实施例1相同，YBa2Cu3O7-δ粉末颗粒度小于8μm。将Al/MgO/Ni固定在负极上，正负极之间通有900伏电压，保持10分钟。在基片上就沉积了一层约17μm厚的YBa2Cu3O7-δ。将沉积好YBa2Cu3O7-δ膜的放在烧结炉中，炉温在以300-400度/小时的升温速度升到1050℃，并保持半小时，然后以300度/小时的降温速度降至990℃，又以1度/小时的速度降至950℃，最后以300度/小时冷却到室温，将此YBa2Cu3O7-δ厚膜在350℃氧气氛中进行后退火处理，氧流速为10升/分，得到的YBa2Cu3O7-δ厚膜均匀致密，超导转变温度分布在93K。临界电流密度为2.3×106A/cm2。
权利要求
1.采用电泳技术制备大面积高温超导钡钇铜氧厚膜的方法，其特征是包括以下步骤第一步，将YBa2Cu3O7-δ粉末充分研磨，达到颗粒度小于0.1-10μm；第二步，先在MgO单晶基底上用蒸发法沉积一层金属膜，将此基片固定在负极上，放在干净的器皿中备用；第三步，取步骤1所制备的YBa2Cu3O7-δ粉末，按YBa2Cu3O7-δ粉末与有机溶剂混合比例为2-40克/升进行混合，混合后搅拌，配制成YBa2Cu3O7-δ电泳液；第四步，将步骤3所制备的YBa2Cu3O7-δ电泳液4与装有基片的电极放入洗净的电泳池中，再次搅拌；正负电极上通20-900V的直流电进行沉积，并保持通电沉积时间5-1600秒钟，在基片上沉积一层均匀的YBa2Cu3O7-δ膜；第五步，将步骤4沉积好的YBa2Cu3O7-δ膜放在烧结炉中，炉温在以300-400度/小时的升温速度升到1000-1106℃，并保温30分钟，然后以300度/小时的降温速度降至990℃，又以1度/小时的速度降至950℃，最后以300度/小时冷却到室温，得到沉积在基片上的YBa2Cu3O7-δ厚膜；
2.按权利要求1所述的采用电泳技术制备大面积高温超导钡钇铜氧厚膜的方法，其特征是还包括将第五步骤得到的YBa2Cu3O7-δ厚膜放在烧结炉中进行后退火处理，炉温保持在300℃至400℃下，并充入氧气，其氧气的流速为0.1-25升/分。
3.按权利要求1或2所述的任意一项采用电泳技术制备大面积高温超导钡钇铜氧厚膜的方法，其特征是所述的MgO单晶基底上沉积的金属膜包括Ag、Pt、Au、Cu、Ir、Al、Pd。
4.按权利要求1或2所述的任意一项所述的采用电泳技术制备大面积高温超导钡钇铜氧厚膜的方法，其特征是所述的有机溶剂包括丙酮、酒精、氯仿、二氯乙烯或高纯的水
5.按权利要求1或2中任一项所述的采用电泳技术制备大面积高温超导钡钇铜氧厚膜的方法，其特征是所述的电泳池中的电极根据所需制备厚膜的尺寸来限定电极的大小，正负电极由同一种金属带材制成，正负电极间隔为3-5cm。
6.按权利要求1或2中任一项所述的采用电泳技术制备大面积高温超导钡钇铜氧厚膜的方法，其特征是所述的有机溶剂纯度为99.99％。
7.按权利要求1或2中任一项所述的采用电泳技术制备大面积高温超导钡钇铜氧厚膜的方法，其特征是所述的作为电极的金属材料具有化学性质非常稳定的，并且具有一定的柔韧性的铜、银、不锈钢材料。
全文摘要
本发明涉及用电泳技术制备大面积高温超导钡钇铜氧厚膜的方法。该方法包括将预先烧结好的YBa
文档编号H01L39/24GK1447451SQ0211632
公开日2003年10月8日 申请日期2002年3月26日 优先权日2002年3月26日
发明者朱亚彬, 熊季午, 周岳亮 申请人:中国科学院物理研究所