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研究生:林柏亨
研究生(外文):B. H. Lin
論文名稱:鈮超導薄膜之釘扎陣列磁傳輸特性研究
論文名稱(外文):Study of magnetotransport properties in Nb superconducting thin films with pinning arrays
指導教授:洪連輝洪連輝引用關係
指導教授(外文):Lance Horng
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱: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
中文關鍵詞:鈮超導電子束微影術乾蝕刻釘扎效應臨界電流密度
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本研究主要是在鈮超導薄膜上製作出大小及深度不同的磁通釘扎陣列,並且改變樣品表面的平整度,藉以探討其對超導釘扎效應的影響。我們利用電子束微影術(e-beam)和乾蝕刻(RIE)的技術在基板上製作出四方晶格的圓形凹陷,再用直流濺鍍系統成長鈮超導薄膜。薄膜成長時會因為基板的凹陷造成缺陷而形成釘扎中心,釘扎中心的晶格常數固定在0.5μm,而直徑大小(r)、深度(h)和鈮超導薄膜厚度(t)分別為(1) r=0.23μm,h=620 Å,t=1580 Å,(2) r=0.35μm,h=760 Å,t=1550 Å,(3) r=0.23μm,h=370 Å,t=1580 Å,(4) r=0.23μm,h=680 Å,t=1580 Å,(5) r=0.23μm,h=340 Å,t=1560 Å,我們發現釘扎中心的大小和深度會影響到釘扎效應的作用,當釘扎中心越大和越深時,釘扎效應就越明顯。另外我們也發現到薄膜表面的平整度也會影響到釘扎效應的產生,當薄膜表面除了人造缺陷外還有其它的缺陷存在時,將使得磁通密度和釘扎陣列密度無法匹配,使得釘扎效應無法產生。所以要製作出強有力釘扎中心,探討釘扎的機制,必須先在製程上控制缺陷的品質,才可以得到有效的釘扎力,進而提高超導的臨界電流密度及其應用。
We have fabricated an array of square hole lattice on the substrate using electron-beam lithography in order to investigate the flux pinning behavior between flux line and artificial pinning centers. Based on the structural corrugation in the Nb thin film, the square lattice of defects that act as pinning centers was created. In the mixed state, the measurements of resistance and critical current as a function of external field at the temperature close to TC show a set of minima of magnetoresistance and maxima of critical current, respectively, and appear at the same external fields. The temperature dependence of the resistance at different external field shows that onset superconducting transition temperature decrease with increasing external fields, while magnetic field dependence of the zero transition temperature has an oscillation behavior. It is found that the maxima of TC0 as a function of magnetic appears at matching field. Besides, roughness of sample surface has influence on flux pinning force.
第一章 緒論………………………………………………1
第二章 簡介………………………………..………..……6
2-1:超導體的發現……………………………………….………6
2-2:第二類超導的理論………………………………………..…9
2-3:超導體的磁性質……………………………………………11
2-3-1:第一類超導體………………………………………….11
2-3-2:理想第二類超導體…… ……………………………....12
2-4:超導體的倫敦方程…………………………………………13
2-5:自由能和GL方程………………………………… ……...14
2-6:磁通線結構………………………………………… ……..17
2-7:兩個渦旋之間的相互作用能……………………… ……..22
2-8:磁通釘扎…………………………………………… ……..23
2-9:磁通蠕動…………………………………………… ……..24
2-10:理想的磁通流動…..……………………………… ……..28
第三章 實驗儀器與實驗步驟……………………………31
3-1:實驗儀器……………………………………………………31
3-1-1:掃描電子顯微鏡的應用……………………………….32
3-1-2:活性離子蝕刻法……………………………………….35
3-1-3:濺鍍…………………………………………………….37
3-1-4:超導量子干涉儀……………………………………….43
3-2:樣品製程……………………………………………………46
第四章 實驗結果與討論…………………………………54
4-1:無缺陷陣列超導薄膜(sample A)的特性………………56
4-2:四方晶格陣列的電性量測…………………………………61
4-2-1: Sample B 四方晶格陣列的各項電性特性…………....62
4-2-2: Sample C 四方晶格陣列的各項電性特性…..……….67
4-2-3: 其它四方晶格陣列的各項電性特性……………….70
4-3:四方晶格陣列的各項電性特性比較……………..….…….77
4-4:實驗數據檢討…………………………………………….…78
第五章 結論…………………….………………………..84
第六章 參考文獻………………………………………...86
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