薄膜超導元件的研製與特性探討---子計畫三：鉈系1223相超導薄膜之製備與特性研究

Abstract

本計畫擬對鉈系1223相超導薄膜之製程與特 性做更深入的探討,希望在基礎研究與應用評 估並重的前提之下,適時開拓超導薄膜應用一 更寬廣的選擇空間.比較而言,鉈系1223相是一遠 較其他系統(如2212及2223相)更不為人所熟知之 新材料,但由於近來的研究指出,其不僅因與2223 相同樣每一單位晶胞內具有三層銅氧層群,而 有高達115K之臨界轉變溫度,且該銅氧層群間因 少隔了兩層鉈-氧層,故其銅氧層群間乃具較2223相強的約瑟芬耦合強度(Josephson Coupling Strength) 而顯現了近似三維傳輸物理特性,可謂兼具了 高超導溫度和低各向異性之優點,乃被認為是 一極具應用潛力的高溫超導材料.然而截至目 前為止,幾乎所有對其之研究不是僅止於線(或 塊)材之形式之磁化曲線測量便是並未對其薄 膜之製備條件最佳化,故有關此一材料系統薄 膜之各種物理特性的瞭解,目前仍極缺乏,而有 待進一步的探究.由於直流濺鍍通常受限於靶 材須為導體的要求,而限制了開發鍍鏌製程之 變化能力,更無法對含有高蒸氣壓元素之材料 系統做到分子程級混成以即時形成超導薄膜, 而使後處理過程所造成之表面粗糙情形無可避免,因此本計畫除了將延伸我們在以直流濺鍍 法製備此一材料薄膜的經驗,進一步嘗試建立 以交流濺鍍法即時(In-situ)蒸鍍此一材料的磊晶 薄膜之技術能力之外,並將有系統地探討此一 薄膜在其維度各向異性(Dimensional Anisotropy)減弱 和超導溫度提昇兩項效應之作用下,其傳輸特 性與微波表面電阻等特性上和其他如YBCO或 Tl-2223相比較有何改變.相信此不但可以對高溫 超導的基本物理機制的瞭解有所助益,更可使 應用的選擇空間更加寬廣.尤有甚者,在最近幾 個月中,由於含汞高溫超導化合物(Hg-1223, Tc在 135□0K之間,甚至250k均被報導)和Tc在250K的8層的 銅氧層的鉍系薄膜陸續被發現,及早建立一可具分子程度混成能力之RF鍍膜技術,更可將是本 計畫執行後進一步在此方面持續發展的重要基 礎.