直流磁控溅射法制备超导TiN薄膜及其性能研究

"直流磁控溅射制备超导TiN薄膜" 本文主要介绍了采用直流磁控溅射技术在高阻硅基片上制备超导TiN薄膜的研究过程及其相关特性。直流磁控溅射是一种广泛应用的薄膜沉积方法，通过在磁场作用下，使靶材（Ti）受到高速离子轰击，从而将材料溅射到基片上形成薄膜。在这个过程中，研究者陈志平、曹春海等人通过调控溅射功率、气压以及N2和Ar的气体流量比，系统地研究了这些参数对TiN薄膜超导性质的影响。 实验结果显示，通过改变这些参数，他们成功地得到了不同条件下的TiN薄膜样品，其超导临界温度Tc在3.2至4.0K的范围内变化。这一发现揭示了溅射参数与薄膜超导性能之间的关系，对于优化制备工艺以获得更高Tc的超导薄膜具有重要意义。超导临界温度是衡量超导体性能的关键指标，当温度低于Tc时，材料进入超导态，电阻突然降至零，这使得超导体在量子计算、磁悬浮和电力传输等领域有广泛的应用潜力。 此外，X射线衍射（XRD）分析显示，薄膜的（111）TiN晶面半高宽（FHWM）和晶格常数（a）也受这些变量影响。半高宽通常用于评估薄膜的结晶质量，更小的半高宽意味着更好的结晶取向和更少的缺陷。晶格常数则反映了薄膜的结构特性，它的变化可能直接影响超导性能。通过这种方式，研究人员可以了解薄膜的微观结构与超导特性之间的关联。 原子力显微镜（AFM）被用来分析样品的表面形貌，结果表明溅射功率对薄膜表面粗糙度有显著影响。较低的溅射功率可能导致更平滑的表面，有利于提高薄膜的电性能。在最佳条件下，样品的平均粗糙度（RES）仅为1.716纳米，这对于超导薄膜来说是非常理想的，因为粗糙的表面可能会引入额外的散射中心，降低超导性能。 这项工作通过精细调控直流磁控溅射的工艺参数，成功制备出具有不同超导特性的TiN薄膜，并通过多种表征手段深入研究了薄膜的物理性质。这不仅加深了我们对超导TiN薄膜制备工艺的理解，也为未来开发高性能超导电子器件提供了重要的理论和实验依据。同时，这项研究得到了国家自然科学基金、国家重点基础研究发展项目以及高等学校博士学科点专项科研基金的支持，展示了我国在超导领域持续的科研投入和技术进步。