铊系高温超导薄膜生长及其微波非线性研究

本项目解决了非掺杂Tl-1223高温超导（HTS）薄膜制备过程中的纯度问题。研究首先利用磁控溅射和后退火的方法，先制备Tl-1212中间相薄膜，再第二次高温退火转变为Tl-1223超导薄膜，实现了非掺杂Tl-1223薄膜的制备。在此基础上，我们又首次提出了利用Tl-2223相中间薄膜来转化Tl-1223超导薄膜。Tl-2223相的出现会抑制Tl-1212相产生，同时高温下Tl-2223相很容易分解为Tl-1223相。利用该方法，我们分别在氧气和氩气条件下成功制备了超导特性较好的Tl-1223薄膜。在氧气条件下得到的Tl-1223薄膜，其临界转变温度Tc为110K，临界电流密度Jc（77K，0T）为1.5MA/cm2。在氩气条件下得到的Tl-1223薄膜，其Tc为107-108K， Jc（77K，0T） 大于3MA/cm2。并且在氩气条件下完成了面积为一英寸LaAlO3衬底上Tl-1223薄膜的制备。项目利用纳米颗粒修饰衬底提高Tl-2212薄膜的临界电流密度。在LaAlO3衬底上交流磁控溅射生长CeO2纳米颗粒或Ce和Ag纳米颗粒，通过这些纳米颗粒在薄膜和衬底表面形成的晶格缺陷，提升薄膜磁通钉扎强度。以100nm厚Tl-2212薄膜为例， 0.5T， 77K时，带有CeO2纳米颗粒的Tl-2212薄膜Jc高出普通Tl-2212超导薄膜10倍。为了提高Tl-2212超导薄膜的微波领域应用，我们系统研究了Tl-2212超导薄膜的结晶和超导特性随厚度变化的规律。总结出在氩气条件下制备厚度从0.1µm至2.8µm的Tl-2212薄膜生长规律，1.8µm厚Tl-2212超导薄膜Jc仍可以超过1MA/cm2。该研究有关厚膜的结论也为大功率超导滤波器制备过程中Tl-2212超导薄膜的选取打下了研究基础。本项目还完成在Tl-2212超导薄膜上制作工作在C波段的三阶切比雪夫滤波器带通滤波器并进行微波测试，滤波器中心频率4GHz，带宽为80MHz。经测试该滤波器在93K时基本可以满足一般工程需要，90K时处于稳定状态。采用相同的工艺，我们在Tl-2223超导薄膜上也完成了高温超导滤波器的制作。虽然在100K以上温区滤波器的S21曲线较好，受刻蚀仪器精度的影响，滤波器的插入损耗较大，实验仍然需要进一步完善。我们还提出了两种新型的准分形结构谐振器结构，设计出工作性能优越的高温超导多工器