Tl-Ca-Ba-Cu-O超導薄膜及弱聯結約瑟夫森微橋式接合之製備與特性之研究

Abstract

本論文使用自製之單靶直流濺射系統鍍膜, 以1吋之T Ca Ba Cu O 為靶, 以YSZ(10 0)單晶片為基板, 工作電壓為–400V, 工作電流為10–12mA, 壓力維持在1.8∼2.0× mbar, 濺鍍速率為100∼120 /min, 吾人可獲得成分為T Ca Ba Cu O 的鏡面薄膜, 這些剛鍍好的薄膜表面十分光亮平整, 且皆為非晶質性的絕緣體, 必須 經退火程序使其成為具有超導性之薄膜。在一系列的退火條件之下作熱處理, 經過退 火程序之后, 原來的鏡面表面形態會有明顯的劣化現象。然后吾人以SEM 觀察其表面 微結構, 并以EDAX,XRD分析薄膜組成及相的生成, 發現當退火溫度低於870℃ 時, 生 成長柱形為主的2122相, 當溫度高於880℃ 以上時, 則可生成片狀類似梯田排列的22 23相, 同時發現當溫度在890∼900℃作3∼4分鐘的退火處理時, 可得到T (onset)=11 0K,T (zero)=95K 的超導薄膜, 同時經由不同退火條件的控制, 吾人可獲得近乎純相 的2122及2223高溫超導相, 同時這些薄膜都具有C 軸垂直晶片表面的強烈方向性。這 些薄膜再以光製板術(Photolithography)及化學蝕刻法制成弱聯結的微橋式接合, 再 以四點探針法量測此接合的I-V 特性曲線, 再以微波照射在此接合上, 可清楚地觀測 到微波感應電流階梯的存在, 亦即所謂的Shapiro steps,即使微橋的寬度大於30微米 時, 仍能觀察到此種階梯之存在, 此現象充分證明了以鉈系超導薄膜作成的橋式接合 , 具有約瑟夫森接合的特性。