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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:鄭璨耀
研究生(外文):Tsan-Yao Cheng
論文名稱:在Sapphire基板上成長NdBa2Cu3O7-δ超導薄膜之研究
論文名稱(外文):Fabrication of NdBa2Cu3O7-δ Superconducting Thin Films on Sapphire
指導教授:莊振益
指導教授(外文):Jenh-Yih Juang
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:電子物理系
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:77
中文關鍵詞:臨界溫度X光繞射儀C軸長度基板溫度
外文關鍵詞:TcXRDc-axis parameterTs
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本實驗研究以PLD製備NdBa2Cu3O7-δ(NBCO)薄膜於sapphire(1102)上,並探討以NBCO/PBCO/sapphire多層膜製備元件的發展性。在最佳條件下,我們成長的NBCO薄膜表面平整度為10nm,其臨界溫度(Tc)高達93K,經由XRD分析結果顯示薄膜軸向為(00l)而無其他明顯的雜向。我們將NBCO薄膜成長於5 mm × 10 mm sapphire(1102)基板上,經過濕式蝕刻即可得到一共平面微波共振器,我們以向量微波網路分析儀量測共平面共振器,並將測量結果作分析與討論。

Superconducting NdBa2Cu3O7-δ(NBCO)/PrBa2Cu3O7-δ(PBCO) multilayer films have been successfully grown on sapphire (1102) substrate by pulsed laser deposition (PLD). By optimizing the deposition conditions, smooth NBCO thin films with Tc = 93.0 K was obtained. X-ray diffraction (XRD) results showed that the as-grown NBCO films were all c-axis oriented with no observable second phases. Coplanar resonators were patterned by UV photolithography and wet chemical etching on a 5 mm × 10 mm film. The success of growing NBCO films on sapphire substrates promises the realization of fabricating extremely low loss microwave devices. The result and associated key parameter in determining the performance of the resonator will be discussed.

中文摘要 ………………………………………………………………Ⅰ
英文摘要 ………………………………………………………………Ⅱ
目錄 ……………………………………………………………………Ⅲ
圖目錄 …………………………………………………………………Ⅵ
第一章 緒論 ………………………………………………………….1
1.1 超導體的發展 ……………………………………………….1
1.2 研究動機與目標 …………………………………………….2
1.3 章節概要 .…………………………………………………..4
第二章 實驗裝置與流程 …………………………………………….5
2.1 製程及元件 ………………………………………………….5
2.2 雷射鍍膜(pulsed laser deposition) ……………………6
2.2.1 基板清潔與磨靶材 ……………………………………….7
2.2.2 雷射鍍膜程序 …………………………………………….9
2.3 微影成像 …………………………………………………….10
2.3.1 儀器介紹 ………………………………………………….10
2.3.2 製作光罩 ………………………………………………….10
2.3.3 元件製作 ………………………………………………….11
2.4 補氧 ………………………………………………………….14
2.4.1 儀器介紹 ………………………………………………….14
2.4.2 實驗步驟 ………………………………………………….15
2.5 R-T 特性量測系統 ………………………………………….15
2.5.1 儀器介紹 ………………………………………………….15
2.5.2 四點量測R-T關係 ……………………………………….16
2.5.3 實驗步驟 ………………………………………………….17
2.6 微波網路分析儀 …………………………………………….18
第三章 實驗結果與討論 …………………………………………..25
3.1 NBCO/sapphire (1102)……………………………………..25
3.1.1 基板溫度對薄膜超導傳輸特性之影響 ………………..25
3.1.2 PBCO緩衝層對NBCO在sapphire上成長之影響…………28
3.1.3 雷射重複率變化對R-T特性之影響 ……………………..30
3.2 X光繞射圖形(XRD)分析 …………………………………….32
3.2.1 溫度變化與XRD之關係 …………………………………..32
3.3 C-軸長度、臨界溫度與基板溫度之關係…………………….33
3.4 原子力顯微鏡(Atom Force Microscope) ………………….35
3.5 掃描式穿隧電子顯微鏡(Scanning Tunneling Microscope) 37
第四章 微波量測理論與結果 .………………………………………60
4.1 散射參數(scattering parameter) ……………………….60
4.2 無負載品質因子 …………………………………………….62
4.3 共平面共振器量測結果與討論 …………………………….65
第五章 結論 ………………………………………………………….72
參考文獻及資料………………………………………………………74
圖目錄
圖2-1準分子雷射蒸膜系統圖 ………………………………………20
圖 2-2共平面微波共振器圖形 ………………………………………21
圖 2-3 補氧熱處理系統 …………………………………………….22
圖 2-4 R-T量測系統 …………………………………………………23
圖 2-5 向量微波網路分析量測系統 ……………………………….24
圖 3-1臨界溫度與基板溫度關係圖…………………………….39
圖 3-2 NBCO/sapphire於Ts=790oC的R-T特性曲線 ……………….40
圖 3-3 NBCO/sapphire於不同基板溫度下的R-T特性曲線 ………41
圖 3-4 NBCO/PBCO/sapphire於Ts=790oC的R-T特性曲線………..42
圖 3-5 NBCO/sapphire於雷射重複率=1Hz的R-T特性曲線……….43
圖 3-6 NBCO/sapphire於雷射重複率=10Hz的R-T特性曲線……..44
圖 3-7臨界溫度與雷射重複率關係圖……………………………….45
圖 3-8 NBCO/sapphire於不同雷射重複率下R-T特性曲線 ……….46
圖 3-9 NBCO/sapphire於Ts=750oC的XDR圖形………………………47
圖 3-10 NBCO/sapphire於Ts=790oC的XDR圖形 ……………………48
圖 3-11 NBCO/sapphire於Ts=810oC的XDR圖形 ……………………49
圖 3-12 NBCO/sapphire於不同基板溫度XDR圖形………………….50
圖 3-13基板溫度與C軸長度關係圖……………………………51
圖 3-14基板溫度與臨界溫度關係圖……………………………52
圖 3-15 C軸長度與臨界溫度關係圖……………………………53
圖 3-16(a)(b)(c)釹鋇銅氧薄膜成長於Ts=750oC時AFM影像 ……54
圖 3-17(a)(b)(c) 釹鋇銅氧薄膜成長於Ts=770oC時AFM影像 ……55
圖 3-18(a)(b)(c) 釹鋇銅氧薄膜成長於Ts=790oC時AFM影像 ……56
圖 3-19(a)(b)(c) 釹鋇銅氧薄膜成長於Ts=810oC時AFM影像 ……57
圖 3-20(a)(b) 釹鋇銅氧薄膜成長於Ts=790oC時STM影像 ……….58
圖 3-21釔鋇銅氧薄膜螺旋階梯狀排列 …………………………….59
圖 4-1 雙埠向量網路分析儀等效電路模型 ……………………….67
圖4-2 共平面微波共振器頻率響應圖 ………………………………68
圖4-3共平面微波共振器以模擬軟體 Maxwell結果 ………………69
圖4-4 共平面微波共振器頻率響應圖 ………………………………70
圖4-5 共平面微波共振器頻率響應圖 ………………………………71

參考文獻及資料
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