利用噴霧熱裂解塗佈法製作高溫超導體氧化物薄膜

Abstract

薄膜工程是半導體工業中製造電子元件不可缺少的一項基本製程, 而近年來所發現的 高溫超導體氧化物, 也正以此項技術來製作實用化的高溫超導薄膜。一般薄膜製程均 在昂貴的真空系統以及結構複雜的製置中進行, 因而操作不易且耗費時間。 本實驗乃是利用一種不需真空系統而直接在大氣中即可簡易操作且價廉之製膜方法– 噴霧熱裂解塗佈法。首先, 將配制的溶液 (金屬硝酸鹽和乙二醇) 預置於噴霧之噴槍 的儲液槽中; 然後, 藉著氧氣壓的傳送而帶動溶液噴出成水霧狀而沈積於預置於熱板 上之預熱(400∼500℃)MgO 單晶基板上經過幾次來回的噴塗後, 可獲致所需厚度的薄 膜。本研究的目的如下列幾項: (1) 尋找最適化之燒結 (或退火) 溫度和時間。 (2) 探討噴塗後之薄膜經不同溫度和時間的燒結 (或退火), 可獲致不同階段之中間 相和高溫超導相之反應生成機構。 (3) 探討高溫超導薄膜之物理特性 (電性和磁性) 。 實驗結果顯示在適當的實驗條件下, 可獲至Tc>70K及Tc>100K 之 Y系, Bi系和Tl系之 高超導氧化物薄膜。噴塗後之薄膜經 X光繞射分析顯示為帶有微小結晶相之擬似非結 晶相。薄膜之擬似非結晶相轉變成高溫超導相之動力學則將藉著熱分析儀, X 光繞射 分析儀以及掃瞄式電子顯微鏡予以探討。而高溫超導薄膜之電性及磁性則分別由四端 點電阻儀以及直流超導量子干涉儀予以量測。至於, 各項實驗結果則將在本文中詳加 地討論著。