吳 慰，張 瓊，蘇 軾，趙 培

武漢工程大學材料科學與工程學院，湖北 武漢 430205

第二代高溫超導材料YBa2Cu3O7-δ（YBCO）自1987年發(fā)現(xiàn)以來［1-3］，在世界范圍內(nèi)便受到了廣泛關(guān)注。YBCO材料具備臨界電流密度（critical cur?rent density，JC）高、臨界溫度（Current temperature，TC=93 K）高和交流損耗低等優(yōu)異特性，且相比于第一代釔系高溫超導材料（Bi-Sr-Ca-Cu-O，TC=110 K），YBCO的制備使用哈氏金屬基帶取代銀包套，成本更低，同時在高磁場環(huán)境中YBCO仍具有很好的載流性能［4-5］，因此受到世界各國重視并投入大量資源進行研究。目前YBCO高溫超導材料主要應用于強電、微波、紅外、弱磁場探測和開關(guān)元件等領(lǐng)域［6-8］。

現(xiàn)國內(nèi)外制備YBCO超導薄膜的方法主要有脈沖激光沉積法（plused laser deposition，PLD）［9］、蒸發(fā)法（evaporation）［10］、磁控濺射法（magnetron sputtering）［11］、三氟 乙 酸 鹽-金 屬有 機 物 沉 積 法（TFA-MOD）［12］、金屬有機化學氣相沉積法（metalorganic chemical vapor deposition，MOCVD）等［13-16］。相比于其他的制備方法，MOCVD法因具有薄膜覆蓋均勻、可控性高、適合大面積制膜且設(shè)備相對簡單和沉積速率較高等特性在工業(yè)領(lǐng)域應用較廣。同時，在MOCVD方法的基礎(chǔ)上，利用激光、等離子體和磁場等輔助技術(shù)，可有效提升薄膜沉積速率及薄膜質(zhì)量。在這些輔助技術(shù)中，激光化學氣相沉積法（laser chemical vapor deposition，LCVD）是利用光能使氣體分解并促進表面反應的一種成膜方式［17-22］，激光輔助的作用主要分為兩方面：熱效應和光效應。熱效應是利用激光照射到生長層為薄膜生長提供了熱量，從而大幅降低薄膜沉積所需溫度，同時激光照射在生長面上形成穿透層，為薄膜的生長面提供均勻的熱場，有效避免了厚度效應，制備的薄膜取向好，缺陷少。光效應是利用激光的激化作用，使反應氣體分子直接吸收光子轉(zhuǎn)化為振動能量從而被激發(fā)，降低了反應所需的活化能，大幅提高了薄膜沉積速率。LCVD法的優(yōu)勢在于低溫、低損傷、膜厚精確可控以及選擇生長等方面，目前在國外微電子工業(yè)應用十分廣泛。

實驗采用LCVD法在（100）取向單晶Al2O3襯底（尺寸為10 mm×5 mm×0.5 mm）上制備YBCO薄膜，通過改變實驗中3種前驅(qū)體Y（DPM）3、Ba（DPM）2、Cu（DPM）2的蒸發(fā)溫度，使前驅(qū)體的氣化速率變化，從而改變反應中n（Cu）∶n（Ba）∶n（Y）的比值，制備出一系列YBCO薄膜樣品。通過研究所制備的YBCO薄膜樣品中存在的物相種類和顯微結(jié)構(gòu)，從而得出前驅(qū)體蒸發(fā)溫度對YBCO薄膜成分的影響規(guī)律。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

采用固態(tài)的金屬有機化合物Y（DPM）3、Ba（DPM）2/Ba（TMOD）2、Cu（DPM）2（DPM：二叔戊酰甲烷；TMOD：2，2，6，6-四甲基-3，5-辛二酮）作為前驅(qū)體，其中 Ba的前驅(qū)體是 Ba（DPM）2與Ba（TMOD）2摩爾比為 4∶1 的混合物，目的是在溫度高于其共晶點時抑制Ba（DPM）2的分解并使其以穩(wěn)定速率氣化［23］。

1.2 實驗方法

實驗使用的激光化學氣相沉積設(shè)備如圖1所示。3種固態(tài)前驅(qū)體分別放置于加熱原料罐中，原料罐加熱的溫度即為前驅(qū)體的蒸發(fā)溫度。3種前驅(qū)體受熱揮發(fā)，均使用Ar氣作為載流氣，并與反應劑O2氣分別引入到反應腔體中。實驗中使用的激光為輸出功率（PL）為130 W的Nd：YAG激光（波長1 064 nm），激光束穿過石英窗口以30°的角度照射到整個襯底表面。襯底通過加熱臺加熱，將溫度保持為1 123 K，并利用襯底背部的熱電偶實時測量薄膜沉積溫度（Tdep）。O2和Ar的氣體流速分別控制在 0.75 Pa·m3·s-1和 0.13 Pa·m3·s-1，并且 3 種前驅(qū)體的輸送管道需在輸送過程中保持473 K，從而防止前驅(qū)體氣體凝結(jié)。腔體的壓強保持在1 kPa，沉積時間持續(xù)20 s。沉積完成后，在純O2的氣氛下（100 kPa），將沉積態(tài)YBCO薄膜進行熱處理：依次在573 K、673 K、773 K溫度下各加熱144 ks，從而使YBCO由四方晶系結(jié)構(gòu)變?yōu)榫邆涑瑢щ娦缘恼骄到Y(jié)構(gòu)［24］。

圖1 激光化學氣相沉積設(shè)備示意圖Fig.1 Diagram of laser chemical vapor deposition device

1.3 表征方法

通過改變前驅(qū)體 Y（DPM）3、Ba（DPM）2、Cu（DPM）2的蒸發(fā)溫度，在不同條件下制備一系列的YBCO薄膜樣品，并依次編號。在制備完成后，用X射線衍射（X-ray diffraction，XRD）儀（Rigaku?RAD-2C）對薄膜樣品進行物相分析，采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡（field emission scanning electron microscope，F(xiàn)SEM）和背散射電子顯微鏡（back scattering electron microscope，BSEM）觀察薄膜微觀結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果與討論

2.1 YBCO薄膜樣品物相及微觀結(jié)構(gòu)

圖2（a）為 TY=473 K、TBa=583 K、TCu=453 K下制備的薄膜樣品 1#的 XRD 圖。2θ在 10°～80°范圍內(nèi)，所出現(xiàn)的衍射峰的分析結(jié)果為：2θ在14.8°、32.5°、36°、62°時出現(xiàn)了4個較強的衍射峰，這 4個峰 依 次對應為 CuYO2的（003）、（012）、（104）、（116）晶面的衍射峰（對應的標準PDF卡片為39-0244）；2θ在 30.5°、37.3°、43.0°位置出現(xiàn)的較弱的衍射峰依次為Cu2O的（110）、（111）、（200）晶面衍射峰（對應的標準PDF卡片為34-1354）；2θ在39°、53.2°、58.2°、65.8°位置的衍射峰為 CuO 的（200）、（020）、（202）、（022）晶面衍射峰（標準 PDF卡片為 48-1548）；2θ在 44°、58.2°位置的衍射峰為Cu4O3的（220）、（224）晶面衍射峰（標準 PDF卡片為 49-1830）；2θ在 68.3°、77.4°、77.8°位置的衍射峰為 YBa2Cu3Ox的（206）、（109）、（130）晶面衍射峰（標準PDF卡片為43-0545）。由圖2（a）可知，該薄膜中主要有CuYO2相，Cu2O相含量相對較少，可能存在CuO、Cu4O3、YBa2Cu3Ox相，沒有YBCO相存在，即在該條件下沒有制備出YBCO薄膜。

圖 2（b，c）分別為樣品 1#的 FSEM 圖和 BSEM圖，在FSEM圖2（b）中觀察到：薄膜表面粗糙，薄膜為 5 μm～10 μm直徑大小的 CuYO2細顆粒不規(guī)則排列組成的顆粒面，顆粒面中存在部分孔隙。通過 BSEM圖2（c）觀察到這些孔隙是2 μm～5 μm直徑大小的Cu2O顆粒，分布在CuYO2顆粒間，含量相對較少?？赡艽嬖诘腃uO、Cu4O3、YBa2Cu3Ox相在FSEM和BSEM圖2（b，c）中沒有觀察到，分析原因是因為薄膜中這些化合物含量極少。

圖2 前驅(qū)體蒸發(fā)溫度TY=473 K、TBa=583 K、TCu=453 K制備的薄膜樣品1#：（a）XRD圖，（b）FSEM圖，（c）BSEM圖Fig.2 （a）XRD pattern，（b）FSEM and（c）BSEM images of 1#film prepared at precursors evaporation temperatures of TY=473 K，TBa=583 K and TCu=453 K

圖3（a）為 TY=473 K、TBa=613 K、TCu=463 K時制備的薄膜樣品2#的XRD物相分析圖樣。2θ在5°～75°范圍內(nèi)，所出現(xiàn)的衍射峰的分析結(jié)果為：2θ在 15.5°、23°、38.4°、46.5°、47.4°、54.9°位置上出現(xiàn)的衍射峰依次為 YBCO 的（002）、（003）、（005）、（006）、（201）、（007）晶面衍射峰（對應的標準PDF卡片為 48-0220）；2θ在 29.6°、34.2°、49°、58.1°、60.9°和71.6°位置出現(xiàn)的衍射峰依次為Y2O3的（111）、（200）、（220）、（311）、（222）、（400）晶面衍射峰（對應的標準 PDF卡片為 43-0661）；2θ在20.5°、29.1°、36°、36.5°、39.2°、40.6°位置出現(xiàn)的衍射峰依次為 CuBaO2的（330）、（600）、（721）、（642）、（800）、（820）晶面衍射峰（對應的標準PDF卡片為39-0244）；2θ在33°位置出現(xiàn)的衍射峰為 CuO 的（110）晶面衍射峰（對應的標準PDF卡片為48-1548）。由圖3（a）可知，該薄膜中存在YBCO、CuBaO2、Y2O3、CuO四種物相。從衍射峰的強弱程度分析知：CuBaO2、Y2O3的衍射峰較強，而 c-軸取向的 YBCO的衍射峰相對較弱，因此薄膜中主要含有CuBaO2和Y2O3相，c-軸取向的YBCO薄膜雖然制備得到，但YBCO相含量相對較少。

圖3 前驅(qū)體蒸發(fā)溫度TY=473 K、TBa=613 K、TCu=463 K制備的薄膜樣品2#：（a）XRD圖，（b）FSEM圖，（c）BSEM圖Fig.3 （a）XRD pattern，（b）FSEM and（c）BSEM images of 2#film prepared at precursor evaporation temperatures of TY=473 K，TBa=613 K and TCu=463 K

圖 3（b，c）分別為樣品 2#的 FSEM 圖和 BSEM圖，在圖3（b，c）中可以觀察到：YBCO薄膜表面整體較粗糙，分布著大量的矩形顆粒與直角型顆粒凸起。矩形顆粒尺寸為10 μm～50 μm，為Y2O3相；直角型顆粒尺寸為 20 μm～40 μm，為 CuO 相。在YBCO薄膜表面上還分布著一部分不規(guī)則的顆粒，該顆粒是粒徑為 20 μm～40 μm 的 CuBaO2相。薄膜上分布的這些顆粒數(shù)量較多，幾乎分布于薄膜的整個表面。

圖4（a）為 TY=453 K、TBa=603 K、TCu=453 K時制備的薄膜樣品 3#的 XRD圖，在 2θ=5°～75°范圍內(nèi)，所出現(xiàn)的衍射峰的分析結(jié)果為：2θ在7.8°、15.5°、23°、32.5°、33°、38.5°、40.3°、46°、47°、54.3°、58.3°位置上出現(xiàn)的衍射峰依次為YBCO的（001）、（002）、（003）、（013）、（110）、（014）、（113）、（020）、（200）、（122）、（213）晶面衍射峰（對應的標準PDF卡片為 48-0220）；2θ在27.5°、29.1°、31°、34°、36.5°位置上出現(xiàn)的衍射峰依次為CuBaO2的（440）、（600）、（620）、（444）、（721）晶面衍射峰（對應的標準 PDF 卡片為 38-1402）；2θ在 2.5°、35.5°、38.7°、53.5°、58.3°、68.1°位置上出現(xiàn)的衍射峰依次為CuO 的（110）、（002）、（111）、（020）、（202）、（220）晶面衍射峰（對應的標準PDF卡片為48-1548）。由圖4（a）可知，該薄膜中存在YBCO、CuBaO2、CuO三種物相存在。其中c-軸取向的YBCO衍射峰較強，說明樣品薄膜中主要成分為YBCO相。

圖 4（b，c）分別為樣品 3#的 FSEM 圖和 BSEM圖，在圖4（b）中，可以觀察到Y(jié)BCO薄膜表面呈平整致密形貌，沒有明顯的缺陷存在。在YBCO薄膜表面觀察到有CuBaO2相組成的粗糙且不規(guī)則顆粒面分布在YBCO薄膜上。通過圖4（c）可以看出在YBCO薄膜表面還分布少量10 μm～15 μm直徑大小的直角型細顆粒，該顆粒為CuO相。

圖5（a）為 TY=453 K、TBa=613 K、TCu=443 K時制備的薄膜樣品4#的XRD圖。2θ在5°～5°范圍內(nèi)，所出現(xiàn)的衍射峰的分析結(jié)果為：2θ在15.5°、23°、32.5°、33.5°、38°、39.7°、46°、47°、58.3°位置上出現(xiàn)的衍射峰依次為 YBCO 的（002）、（003）、（013）、（110）、（014）、（113）、（020）、（200）、（213）晶面衍射峰（對應的標準 PDF卡片為 48-0220）；2θ在20.5°、24.8°、27.5°、28.3°、29.1°、36°、37.4°、40.6°、41.6°、58.4°、65°位 置上出現(xiàn)的 衍 射峰依次 為CuBaO2的（330）、（510）、（440）、（530）、（600）、（721）、（730）、（820）、（660）、（11，3，2）、（12，3，3）晶面衍射峰（對應的標準PDF卡片為38-1402）；2θ在 29.6°、31.2°、43.4°、48.5°、53.8°、61.5°位置上出現(xiàn)的衍射峰依次為BaY2O4的（320）、（121）、（401）、（260）、（441）、（600）、（640）晶面衍射峰（對應的標準 PDF卡片為 27-0044）。由圖5（a）可知，該薄膜中有 YBCO、CuBaO2、BaY2O4三種物相，由衍射峰的強弱程度分析知，薄膜主要由CuBaO2、BaY2O4相組成，c-軸取向的YBCO相含量較少。

圖4 前驅(qū)體蒸發(fā)溫度TY=453 K、TBa=603 K、TCu=453 K制備的薄膜樣品3#：（a）XRD圖，（b）FSEM圖，（c）BSEM圖Fig.4 （a）XRD pattern，（b）FSEM and（c）BSEM images of 3#film prepared at precursors evaporation temperatures of TY=453 K，TBa=603 K and TCu=453 K。

圖5 前驅(qū)體蒸發(fā)溫度TY=453 K、TBa=613 K、TCu=443 K制備的薄膜樣品4#：（a）XRD圖，（b）FSEM圖，（c）BSEM圖Fig.5 （a）XRD pattern，（b）FSEM and（c）BSEM images of 4#film prepared at precursors evaporation temperatures of TY=453 K，TBa=613 K and TCu=443 K

圖 5（b，c）分別為樣品 4#的 FSEM 圖和 BSEM圖，可以觀察到Y(jié)BCO薄膜表面粗糙，有大量顆粒狀凸起，且存在較多裂紋及孔隙。在YBCO薄膜表面上有5 μm～10 μm直徑大小的BaY2O4細顆粒和2 μm～3 μm 直徑大小的 CuBaO2細顆粒不均勻分布。其中BaY2O4細顆粒呈不規(guī)則形狀凸起，數(shù)量較多；CuBaO2細顆粒較BaY2O4細顆粒略小，呈粒狀，數(shù)量較少。

圖6（a）為TY=453 K、TBa=603 K、TCu=483 K時制備的薄膜樣品 5#的 XRD 圖。2θ在 6°～76°范圍內(nèi)，所出現(xiàn)的衍射峰的分析結(jié)果為：2θ在20.5°、28.5°、29.1°、30°、30.5°、34°、34.5°、35.3°、36°、38.5°、39.2°、40°、41.8°、42.5°、43.5°、46.2°、48.7°、52.9°位置上出現(xiàn)的衍射峰依次為Ba2Cu3O5+x的（102）、（302）、（330）、（411）、（331）、（402）、（412）、（332）、（431）、（521）、（440）、（432）、（600）、（610）、（423）、（541）、（542）、（504）晶面衍射峰（對應的標準 PDF 卡片為 40-0312）；2θ在 2 9°、31.7°、40°、43.8°、46.5°、54.2°、64.5°位置的衍射峰依次為Ba2Cu3O5.9的（202）、（004）、（204）、（021）、（205）、（206）、（008）晶面衍射峰（對應的標準PDF卡片晶面為 46-0269）；由圖 6（a）可知，該薄膜中存 在Ba2Cu3O5+x、Ba2Cu3O5.9兩 種 物 相 ，沒 有 制 備 出YBCO薄膜。

圖6 前驅(qū)體蒸發(fā)溫度TY=453 K、TBa=603 K、TCu=483 K制備的薄膜樣品5#：（a）XRD圖，（b）FSEM圖，（c）BSEM圖Fig.6 （a）XRD pattern，（b）FSEM，（c）BSEM images of 5#film prepared at precursors evaporation temperatures of TY=453 K，TBa=603 K and TCu=483 K

圖 6（b，c）分別為樣品 5#的 FSEM 圖和 BSEM圖，可以觀察到薄膜表面較粗糙，并存在大量孔隙。薄膜由Ba2Cu3O5.9與Ba2Cu3O5+x兩種物相組成，沒有YBCO相存在。

2.2 前驅(qū)體蒸發(fā)溫度對制備樣品的影響

前驅(qū)體不同加熱溫度條件制備的薄膜樣品如表1所示，將樣品進行對比分析：

1）將樣品2#與樣品1#比對，主要的溫度條件變化為樣品2#的Ba前驅(qū)體蒸發(fā)溫度升高30 K。樣品1#中為CuYO2和 Cu2O相，無YBCO相存在，當Ba前驅(qū)體溫度由樣品1#中583 K升至樣品2#中613 K，樣品 2#中出現(xiàn) YBCO，CuBaO2、Y2O3、CuO 四種物相。分析原因為：樣品1#中Ba前驅(qū)體蒸發(fā)溫度過低導致薄膜沉積時n（Cu）∶n（Ba）∶n（Y）中Ba比例過低，無法形成YBCO薄膜。

表1 前驅(qū)體不同蒸發(fā)溫度條件制備的樣品薄膜成分Tab.1 Film components prepared at different precursor evaporation temperatures K

2）將樣品2#與樣品3#比對，主要的溫度條件變化為樣品2#的Y前驅(qū)體蒸發(fā)溫度升高20 K。樣品2#中出現(xiàn)Y2O3相，且薄膜中YBCO相含量較少。分析原因為：當Y前驅(qū)體蒸發(fā)溫度過高時，薄膜沉積時n（Cu）∶n（Ba）∶n（Y）中Y比例升高，導致樣品薄膜2#的質(zhì)量較差。

3）將樣品 4#與樣品 3#比對，樣品 3#和 4#中均存在 YBCO、CuBaO2，樣品 4#中出現(xiàn) BaY2O4相。分析原因為：相較于樣品3#，樣品4#的Ba前驅(qū)體蒸發(fā)溫度升高10 K，而Cu前驅(qū)體蒸發(fā)溫度降低10 K，導致薄膜沉積時n（Ba）∶n（Cu）比例升高，Ba與Y和O元素結(jié)合生成BaY2O4相。

4）將樣品5#與樣品3#比對，主要的溫度條件變化為樣品5#的Cu前驅(qū)體蒸發(fā)溫度升高30 K，樣品5#中觀察到只存在Ba2Cu3Ox化合物。分析原因為：當Cu的前驅(qū)體的加熱溫度過高時，樣品5#沉積時Y/Ba/Cu中Cu的比例升高，Ba、Cu和O元素結(jié)合生成Ba2Cu3Ox化合物，故所沉積的薄膜樣品5#中沒有YBCO相生成。

結(jié)合上述分析結(jié)果和對應FSEM圖和BSEM圖，制備的YBCO薄膜樣品3#生長情況較好，薄膜成分較單一，該樣品的前驅(qū)體蒸發(fā)溫度條件為：TY=453 K、TBa=603 K、TCu=453 K。

2.3 后期制備的YBCO薄膜比對分析

圖7（a）為TY=453 K、TBa=613 K、TCu=468 K時制備的YBCO薄膜樣品6#的XRD圖。2θ在5°～75°范圍內(nèi)，所出現(xiàn)的衍射峰的分析結(jié)果為：2θ在7.5°、15°、22.5°、38°、39.7°、46°、54.3°位置上出現(xiàn)的衍射峰依次為 YBCO 的（001）、（002）、（003）、（014）、（113）、（020）、（122）晶面衍射峰（標準PDF卡片為48-0220）；2θ在 28°～40°范圍內(nèi)，出現(xiàn)了幾個較弱的衍射峰：2θ在 28.4°、29.2°、30.1°、36.1°、37.1°處依次為 Ba2Cu3O5+x的（302）、（330）、（411）、（431）、（520）晶面衍射峰（標準PDF卡片為40-0312）；2θ在 29.3°、30.1°處為 CuBaO2的（600）、（611）晶面衍射峰（標準 PDF卡片為 40-0312）；2θ在 32.5°、35.4°、48.7°處依次為 CuO 的 （110）、（002）、（2，0，-2）晶 面 衍 射 峰（標 準 PDF卡 片 為48-1548）。由圖 7（a）可知，該薄膜中有 YBCO、Ba2Cu3Ox、CuBaO2、CuO四種化合物，YBCO相含量較高，薄膜成分較好。

圖7 前驅(qū)體蒸發(fā)溫度TY=453 K、TBa=613 K、TCu=468 K制備的薄膜樣品6#：（a）XRD圖，（b，c，d，e，f）FSEM圖Fig.7 （a）XRD pattern，（b，c，d，e，f）FSEM images of 6#film prepared at precursors evaporation temperatures of TY=453 K，TBa=613 K and TCu=468 K

圖 7（b，c，d，e，f）為 6#樣品的 FSEM 圖。由圖7（b）可以觀察到：該YBCO薄膜樣品中存在YBCO、CuBaO2、Ba2Cu3Ox物相。圖 7（c）和圖 7（e）中均為CuBaO2相，但微觀形態(tài)有所差別，是因為圖7（e）中 CuBaO2相中 n（Cu）∶n（Ba）＜1∶1，Ba的含量過多。圖7（f）為YBCO薄膜的電鏡圖像，薄膜整體呈平整致密形貌，幾乎沒有缺陷和孔隙存在。圖7（d）為Ba2Cu3Ox化合物，該區(qū)域中只含有少量的Y元素，n（Cu）∶n（Ba）在1.5～4范圍內(nèi)。由薄膜的成分組成可知，該樣品薄膜“貧”Y，同時與樣品3#的溫度條件對比可知，該樣品Ba和Cu的前驅(qū)體蒸發(fā)溫度均上升10 K，導致n（Cu）∶n（Ba）∶n（Y）中Y的比例降低。因此可適量提高Y前驅(qū)體的加熱溫度，進一步提升薄膜質(zhì)量。

圖 8（a）為 TY=463 K、TBa=613 K、TCu=478 K時制備的薄膜樣品 7#的 XRD圖，2θ在 5°～75°范圍內(nèi)，將出現(xiàn)的峰與可能出現(xiàn)的物相的標準PDF卡片比對，得出以下結(jié)果：2θ在 7.5°、15°、22.5°、38°、39.7°、46°、54.3°位 置 上出現(xiàn)的衍 射峰依次為YBCO 的（001）、（002）、（003）、（014）、（113）、（020）、（122）晶 面衍射峰（標準 PDF卡 片 為48-0220）；2θ在 20.5°、29.1°、33.7°、39.8°、48.7°、57.5°、60.4°、62°位置上出現(xiàn)的衍射峰依次為 Y2O3的（211）、（222）、（400）、（332）、（440）、（622）、（414）、（543）晶 面 衍 射峰（標準 PDF卡片為43-0661）；2θ在 28.4°、29.1°、30.1°、31.1°、32.3°、33.8°、36.1°、53.7°、54.3°、62°位置上出現(xiàn)的衍射峰依 次 為 BaCuO2的（530）、（600）、（611）、（620）、（622）、（444）、（721）、（961）晶面衍射峰（標準 PDF卡片為 38-1402）；2θ在 28.4°、31.1°、35.4°、36.1°位置上出現(xiàn)的衍射峰依次為 Cu4O3的（112）、（103）、（211）、（004）晶 面 衍射峰（標準 PDF卡 片 為49-1830）。2θ在 32.5°、35.4°、38.7°、48.7°、72.4°位置上出現(xiàn)的衍射峰依次為CuO的（110）、（002）、（111）、（2，0，-2）、（311）晶面衍射峰（標準 PDF 卡片為 48-1548）。由圖 8（a）得出：該薄膜成分由YBCO、Y2O3、BaCuO2、Cu4O3、CuO五種物相組成。

圖8 前驅(qū)體蒸發(fā)溫度TY=463 K、TBa=613 K、TCu=478 K制備的薄膜樣品7#：（a）XRD圖，（b，d，f，h，j）FSEM and（c，e，j，i，k）BSEM圖像Fig.8 （a）XRD pattern and（b，d，f，h，j）FSEM and（c，e，j，i，k）BSEM images of 7#film prepared at precursors evaporation temperatures of TY=463 K，TBa=613 K and TCu=478 K

圖8（b，c）為YBCO樣品7#的FSEM圖和BSEM圖，可以得出：該YBCO薄膜樣品中出現(xiàn)了BaCuO2、CuO、Y2O3、Cu4O3雜相，分別對應圖8（d，e）、圖 8（f，g），圖 8（h，j）和圖 8（j，k），Y、Ba、Cu 元素均與O結(jié)合生成對應的氧化物，說明該樣品成分組成不是受前驅(qū)體蒸發(fā)溫度的影響，分析原因是由于載流氣的流速過快導致前驅(qū)體來不及充分擴散，在薄膜上的各個區(qū)域前驅(qū)體的成分比例不同，不同區(qū)域的富余元素與O元素結(jié)合，從而出現(xiàn)了薄膜成分分布不均的情況。

3 結(jié) 語

通過上述的實驗及分析，在前驅(qū)體不同蒸發(fā)溫度條件下制備的YBCO薄膜成分中出現(xiàn)的化合物 分 別 有 CuYO2、Cu2O、Y2O3、CuO、CuBaO2、BaY2O4、Ba2Cu3Ox，影響因素為不同溫度條件對應的3種前驅(qū)體的受熱氣化速率差異，影響薄膜沉積中n（Cu）∶n（Ba）∶n（Y）的比值，從而生成了不同化合物。在激光功率為130 W，沉積溫度1 123 K，腔體壓強1 kPa，前驅(qū)體蒸發(fā)溫度分別為：TY=453 K、TBa=603 K、TCu=453 K的條件下制得的c-軸取向YBCO薄膜純度較高，薄膜生長情況較好，缺陷較少。

同時，載流氣的速率也是影響YBCO薄膜成分的另一個因素。載流氣的速率會影響到前驅(qū)液的擴散程度，即使制備薄膜的溫度條件符合合適的范圍條件，在載流氣速率未達到合適范圍的情況下，前驅(qū)體在腔體內(nèi)不能充分擴散，襯底上沉積薄膜時各區(qū)域成分不平均，也會導致制備的薄膜純度較低。