Growth of magnetron sputtered superconductor MgB2 thin films

Abstract

2001 yılında, intermetalik bir bile ik olan MgB2' deki (39 K) üstün iletkenliközelli inin ke fi hem bilimsel hemde teknolojik uygulamalardaki ilgiyi arttırdı. MgB2,intermetalik bile ikler arasında en yüksek geçi sıcaklı ına sahip malzemedir. MgB2'ın sahip oldu u özellikler, bunlar; uzun koharens uzunlu u, yüksek kritik akimyo unlu u de eri (Jc) ve yüksek kritik manyetik alan de eridir (Bc), onu üstüniletkenlik uygulmaları için çok çekici bir hale getirmi tir. Yüksek kalitede MgB2üstün iletken film üretmek için geli tirilmi bir çok yöntem bulunmaktadır.Mıknatıssal püskürtme sistemi, film üretmek için çok kullanlıan bir yöntemdir. Buçalı mada, sıcak sıkı tırma yöntemi ile MgB2 ve Mg tozlar kullanılarak bir adetMgB2/Mg püskürtme hedefi üretilmi tir. Hazırlanan hedef, yüksek vakummıknatıssal püskürtme sistemi ile Al2O3 poli kristal altta ve LaAlO3 tek kristal alttaüzerine MgB2 üstün iletken ince film büyütmek için kullanılmı tır. Ek i lemsizbüyütülmü filmlerin üstüniletkenlik özelliklerinin iyile tirilmesi ve kristal yapısınınyükseltilmesi için, film büyütme sisteminden farklı bir ortamda gerçekle tirilen ısıli lem uygulanmı tır. Büyütülen filmlerin kristal yapısını tanımlamak için X ı ınlarıdifraksiyon (XRD) yöntemi kullanılmı tır. Filmlerin yüzey morfolojisini incelemek vefilmlerin kalınlıklarını ölçmek için taramalı electron mikroskop (SEM) görüntülerialındı. Filmlerin kimyasal içeri ini tayin etmek için elekton ayırıcı X ı ınlarıspektroskopisi (EDX) yöntemi kullanılmı tır. Hazırlanan filmlerin üstün iletkenliközelliklerinin gözlenmesi için farklı manyetik alanlar altınd dü ük sıcaklıklardaelektriksel ölçümler yapıldı. Film büyütme sisteminden farklı bir ortamdagerçekle tirilen ısıl i lemin etkileri incelendi. Gerçekle tirilen ısıl i lemin MgB2 incefilmlerin yapısal ve elektriksel özelliklerini geli tirdi i bulunmu tur.

The discovery of superconductivity in the intermetalic compound MgB2 (39 K)in 2001 raised the great interest for the both science and technology applications. Ithas the highest Tc value among the intermetalic compounds. MgB2 has manyproperties make it very attractive for superconducting applications; these are largecoherence length, high critical current density (Jc), high critical magnetic field (Bc)values. There are several methods developed to produce high quality MgB2superconducting thin films. Magnetron sputtering system is a widely used method todeposit thin films. In this study, an MgB2/Mg target was produced by using MgB2 andMg powders with a hot press technique. Prepared sputtering target used to growMgB2 superconducting thin films on Al2O3 polycrystal and LaAlO3 single crystalsubstrate by a high vacuum magnetron sputtering system. To enhance thesuperconducting properties of as-grown films and to increase the crystal quality ofthe as-grown film an ex-situ anneal process was examined. X-Ray Diffraction (XRD)method was used to obtain crystal structure of the grown films. To observe thesurface morphology of the films and to measure the thickness of the films ScanningElectron Microscopy (SEM) images were taken. Electron Dispersive X-RaySpectroscopy (EDX) technique was used to identify the chemical contents of the films.Low temperature electrical measurement was done under various magnetic fields toobserve the superconducting behavior of prepared films. The effects of ex-situannealing process were also investigated. It was found that ex-situ annealing processdevelops the structural and electrical properties of MgB2 thin films.