基于酸乳体系CSD快速制备CdBiO3缓冲层的工艺及其机理研究

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随着近年来涂层导体产业化的需求,涂层导体低成本连续制备的研究显得尤为关键。本论文以低成本快速制备为出发点,采用基于廉价的乳酸体系的CSD(化学溶液沉积)快速制备进行GdBiO3(GBO)缓冲层在YSZ(钇稳定氧化锆)单晶片上的制备工艺和外延成相机理进行研究。  本论文首先对基于乳酸体系的快速制备的工艺进行了分析讨论,从胶体浓度的选择上,按照薄膜平整度和厚度的需求,得出在浓度较低的情况下可能导致薄膜出现缺陷、不稳定,较高浓度0.7mol/L下可以得到质量稳定的薄膜而比较适合。在涂覆过程中,分析了涂覆时的环境温度和湿度的影响,并提供了一个可供选择旋涂转速的经验图表。在挥发阶段详细地研究了乳酸的挥发,根据实验结果得出在从110℃到乳酸沸点之间的温度均比较适合挥发。分解过程中分析了两步法中存在的薄膜缺陷问题,分析其成因,并通过合理控制升温得到了平整致密的薄膜。  着重分析了GdBiO3薄膜外延成相的工艺和机理,并在外延的GdBiO3上成功生长了起始转变温度为90K的YBCO。分析了温度和气氛对外延的影响和峰强随时间的变化。结果表明在空气和Ar气中均出现两个更适合的外延区间,分析认为这是由于形核与生长之间的竞争引起的。对比空气中和Ar气中的成相温度,Ar中的可外延温度比空气中的偏低,分析并认为Ar气中的热力学与动力学状态相比于空气中的向低温移动使得Ar中的外延成相温度偏低。分析了外延时间不同的峰强变化,得出在高温下初期会外延出很多细小晶粒。根据以上的分析提出可以在高温下进行诱导形核在相对较低的温度下继续生长和再结晶的方案,并在825℃保温2min随炉降温到800℃保温1h中得到了较好的外延结果。
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