[发明专利]无焙烧Tl源制备Tl-1223高温超导薄膜的方法

说明书

本发明涉及一种无焙烧Tl源制备Tl‑1223高温超导薄膜的方法。步骤包括：在衬底基片上准备Tl‑Ba‑Ca‑Cu‑O非晶态的先驱膜；将先驱膜放入蓝宝石坩埚内进行高温退火，Tl‑Ba‑Ca‑Cu‑O非晶态先驱膜转变成TlBa₂Ca₂Cu₃O₈（Tl‑1223）高温超导薄膜。本发明采用表面光滑的蓝宝石坩埚，提供的密闭空间，使得先驱膜内的Tl可以完全提供结晶所需的Tl氛围。这样不需焙烧Tl源，减少了不确定因素，可以稳定的制备出高质量的超导薄膜。本发明制备的Tl‑1223超导薄膜，具有生产成本低、工艺简单、对环境友好的优点；与Tl‑2212相比，在强磁场下工作具有优势，可用于制作无源微波器件及其他超导器件，也可用于科学研究等。

技术领域

本发明属于超导电子器件技术领域，具体涉及一种无焙烧Tl源制备Tl-1223高温超导薄膜的方法。

背景技术

高温超导薄膜在超导电子器件，尤其是微波无源器件应用方面具有重要意义。现有的Tl-1223超导薄膜制备都是通过两步法完成。例如，在文献（the study of purityimprovement on Tl-1223 thin films by DC sputtering and post annealing method,X.X.Gao 等，J Supercond Nov Magn (2014)27:1665-1670 ）中采用直流磁控溅射和后退火的方法制备出了Tl-1223高温超导薄膜。步骤如下：

（1）在衬底基片上沉积Tl-Ba-Ca-Cu-O非晶态先驱膜

（2）将先驱膜放入含有Tl源材料的坩埚内，通入氧气，或氩气进行高温退火，使得Tl-Ba-Ca-Cu-O非晶态先驱膜转化成Tl-1223超导薄膜。

此制备方法的第二步，先驱膜与含有Tl源材料（焙烧靶）一起进行高温退火，其中焙烧靶需要单独制作，工艺复杂，随着使用次数的增加，焙烧靶中的Tl含量达不到要求，使得最终制备出来的Tl-1223超导薄膜结晶差，此焙烧靶就要作废，使得效率低。并且焙烧靶制备的差异会使得超导薄膜结晶变差，工艺的重复性低。

中国专利CN107602112A公开了一种Tl-1223超导薄膜的制备方法，使用银箔或金箔将含铊的非晶态先驱膜与含铊的陪烧靶密封包裹并烧结。具体步骤是在CeO₂/蓝宝石为衬底上采用溶胶-凝胶法制备含Tl、Ba、Ca、Cu的先驱凝胶膜，再将与制备的含铊的陪烧靶混合用银箔或金箔包裹烧结，最后补氧热处理。该方法引入试剂较多，工艺上重复控制并且涉及的环境条件繁多，不适于大规模工业生产。

CN106544636A无焙烧靶制备铊系高温超导薄膜的方法。方法包括：在衬底基片上淀积Tl-Ba-Ca-Cu-O非晶先驱薄膜，将非晶先驱薄膜放入密闭的人造蓝宝石坩埚中进行高温热处理，使Tl-Ba-Ca-Cu-O非晶先驱薄膜转变为Tl2Ba2CaCu2O8(Tl-2212)高温超导薄膜。非晶先驱薄膜中的铊元素含量即可提供结晶所需要的成分。这样不需要含铊源的焙烧靶，减少了不确定因素，使得制作出来的超导薄膜质量稳定。

发明内容

本发明目的在于提供一种新的无焙烧Tl源制备Tl-1223高温超导薄膜的方法，可以克服现有技术中效率低下和工艺重复性低的困难。采用了贴合表面光滑的密闭腔体，贴合更紧密，密封性变强，减少了高温退火过程中非晶先驱膜内Tl元素的挥发，使得先驱膜内的Tl含量与腔体内的Tl氛围合适，可提供结晶所需的成分。这样不需要焙烧Tl源，减少了不确定因素，可以稳定的制备出高质量的超导薄膜。同时工艺上容易控制并且对环境友好，适于大规模工业生产。

本发明提供的一种无焙烧Tl源制备Tl-1223高温超导薄膜的方法，其组成为TlBa₂Ca₂Cu₃O_8，它是以Tl-Ba-Ca-Cu-O非晶态的先驱膜为起始原料进行高温退火制成，具体经过下述步骤：