MgB混合物理化学气相沉积法论文导读:：本文报道了利用混合物理化学气相沉积方法（HPCVD）在SiC衬底上制备出约150nm厚，结构均匀的MgB2薄膜。由R-T曲线知道样品TC(0)高达40.1K。由M-T曲线知道其TC=40.4K，且曲线转变十分陡峭。X射线衍射分析表明薄膜具有较好的C轴取向，没有氧污染,却存在Mg的杂峰。由M-H曲线，利用毕恩模型计算得到了5K零场条件下JC(0T,5K)=2.7×106A/cm2，Hc2=19.5T。这些结果表明过量的Mg对MgB2薄膜的转变温度以及有些性质有较大的影响。论文关键词：混合物理化学气相沉积法，MgB2薄膜，，转变温度TC引言超导转变温度为39K的MgB2超导体，自从2001年[1]发现后就倍受青睐，引起了人们广泛的研究兴趣。从理论研究角度知道它的超导机理仍是电子-声子相互作用为主的BCS机制，首先它是被确切证明具有两个来自不同能带的两个超导能隙的超导体[2]，关于它的超导电性的物理研究很有意义。另一方面，由于其具有较长的相干长度（ξ~5nm）[3]、晶界间不存在弱连接、成本低廉、结构简单、有高的转变温度、高的临界电流密度和高的上临界磁场[4-7]等优势，在超导电子学和高场应用上都有着潜在的应用前景。目前对于MgB2超导薄膜的制备方法有脉冲激光沉积（PLD）[8]、磁控溅射(MagnetronSputtering)[9]、分子束外延(MBE)[10]、电子束蒸发(E-Beam)[11]和化学气相沉积（CVD）[12]等诸多方法。概括起来可分为两种：一种是两步法即外延生长如PLD，先用激光溅射沉积出硼膜，再在Mg蒸气中退火反应生成MgB2薄膜。另一种是原位生长如CVD，直接在衬底上沉积出MgB2薄膜，此法易于实现多层加工，但超导性质稍差一些。而混合物理化学气相沉积方法（HybridPhysicalChemicalVaporDeposition,简称HPCVD）已经被证明是一种行之有效的技术用以制备高质量MgB2薄膜[13-14]，它具有维持高Mg蒸气压混合物理化学气相沉积法，避免氧污染，原位制备薄膜，高重复率，沉积速度快，设备简单，薄膜超导性能优越等优点。我们用HPCVD方法在SiC衬底上成功制备了Tc(0)高达40.4K的MgB2薄膜。经过XRD衍射谱分析，我们发现薄膜中含有Mg单质，这种Mg单质的存在可能会引起其薄膜结构和超导转变的变化。实验用HPCVD方法制备MgB2薄膜，具体实验装置与方法详见参考文献[15]。我们的不同之处是使用了约3克的6块高纯度Mg块（99.9%）围绕SiC衬底放置在样品台上，Mg块质量较通常使用的2克[16]为过量，但形成了更高的Mg分压。样品台在几分钟之内被加热至650-750℃，Mg开始蒸发并且在衬底周围形成了很高的Mg蒸气压。此时通入B2H6，B2H6在样品台上方附近受热分解产生B原子，进而与Mg蒸气中的Mg原子反应形成MgB2沉积在在衬底。衬底和Mg源采用了电阻加热的方式，反应舱总压强设置为~5kPa，载气为300sccm的纯化氢气，硼源为4sccm、浓度5%的B2H6。B2H6的通断决定了沉积过程的开始和结束，薄膜厚度可以通过改变B2H6的流量和反应时间得到控制。通过优化各种实验参数，在上述条件下，薄膜的生长速率为60nm/min论文服务。我们实验中通入B2H6时间为2分钟30秒，形成了约150nm厚的MgB2薄膜。而氢气背景气体的存在，则在高温下形成了强还原性气氛，抑制了样品的氧污染。利用Philipx’pert四元衍射仪对样品的物相进行了表征，利用磁学测量系统（MPMS,QuantumDesign）表征了样品的磁学性质，测量得到样品的M~T，M~H曲线。利用物理性质测量系统（PPMS,QuantumDesign）使用标准的4引线方法测量得到了样品的R~T曲线。实验结果和讨论图1为厚度是150nm的SiC衬底MgB2薄膜样品的X射线2扫描结果。从图1中可以看出混合物理化学气相沉积法，衍射谱中除了SiC衬底峰之外，观测到了MgB2的(001),(002)和(101)峰，还有Mg和B杂相的衍射峰。MgB2(001)和(002)较强峰的出现说明薄膜具有较好的C轴取向，而较弱的MgB2(101)峰的出现表明膜中有一定量的非外延的结构MgB2存在。具体见接下来的SEM讨论。同时还观测到薄膜中有少量的未参与反应的单质Mg和B，其中B的出现可能是由于薄膜生长结束后未参与反应的B原子沉积在薄膜表面。同时衍射图里没有MgO衍射峰，表明在X射线衍射分辨范围内样品没有氧污染。图1150nm厚的SiC衬底MgB2薄膜的X射线衍射图图2（a）为MgB2薄膜样品断面S...