學位論文
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Item 使用離軸射頻磁控濺鍍技術在TiO2/SrO終端之鈦酸鍶基板上生長釔鋇銅氧薄膜的超導特性之研究(2024) 黃偉哲; HUANG, Wei-Zhe本實驗先拋光確定鈦酸鍶(SrTiO3)(100)基板有良好的平整度，之後對基板進行熱處理，使鈦酸鍶基板有TiO2或SrO為終端的2種表面，然後用射頻磁控濺鍍系統(magnetron sputteirng)，以Tg = 720 ℃、功率90 W與壓力400 mtorr的條件下成長高溫超導體釔鋇銅氧(YBCO)薄膜，最後進行量測。經由4點量測比較3個樣品的臨界溫度(Tc)，YBCO Tc = 85.4 K、TiO2-YBCO Tc = 86.8 K、SrO-YBCO Tc = 86.7 K，可以得知在經過熱處理後的基板成長YBCO薄膜會有更好的Tc。之後利用SQUID量測進行比較發現經過熱處理的樣品一樣擁有較高的超導轉變溫度，但在將磁化強度轉換成磁化率時發現在SrO-YBCO中發現有明顯之順磁性效應，此效應即為順磁性麥斯納效應。 之後我們針對YBCO、TiO2-YBCO和SrO-YBCO的磁性量測做比較，YBCO、TiO2-YBCO和SrO-YBCO的Hc1(0)分別6.82 Oe、10.03 Oe和10.41 Oe，Hc2(0)分別為4.59 T、5.31 T和5.11 T，之後再計算出YBCO、TiO2-YBCO和SrO-YBCO的相干長度(ξ)與倫敦穿透深度(λ)，最後利用磁滯曲線計算出臨界電流密度(Jc)，利用外加磁場(H)與臨界電流密度(Jc)擬和釘扎力(Fp)與外加磁場(H)關係圖。藉由擬合釘扎力的結果可以推斷YBCO多數在二維釘札附近，與SrO-YBCO差不多，但TiO2-YBCO多數值都在一、二維混合釘札。Item 磁控濺鍍高溫超導釔鋇銅氧薄膜臨界電流密度及表面電阻特性之研究(2022) 陳奕竹; Chen, Yi-Chu本實驗研究利用磁控濺鍍系統於鈦酸鍶(SrTiO3)(001)基板上成長釔鋇銅氧(YBa2Cu3Oy,YBCO)薄膜，以功率90 W、720°C、時間3.5小時與壓力400 mtorr條件下製程，經由X-ray繞射儀量測確認YBCO晶體結構及生長方向後，利用四點量測電阻對溫度( R–T diagram )測得臨界溫度(critical temperature , Tc)，可得為沿c軸方向生長、厚度為278 nm、Tc為86.92 K的釔鋇銅氧超導薄膜，後續對薄膜進行光學微影酸蝕刻，利用電性方法測得臨界電流(critical current, Ic)，換算得臨界電流密度(critical current density , Jc)，在80 K時電流密度為1.4×104 A/cm2，利用定溫下外磁化強度(M)與外加磁場(H)之關係，獲得上下臨界磁場(Hc1、Hc2 )，計算出穿透深度(penetration depth,λ)、相干長度(coherence length,ξ)，結果與參考文獻接近。透過SQUID系統量測磁滯曲線，藉由Bean model公式推算出臨界電流密度(critical current density , Jc)，80 K時可達3x105 A/cm2，將電流密度(Jc)換算成表面電阻(Rs)，電阻值與參考文獻接近，同時也運用High Frequency Structure Simulator(HFSS)模擬軟體，模擬蝕刻後不同微帶線長與寬情況下表面電阻，模擬最佳化電阻值與磁性量測時77-80 K之電阻值數量級一致。經由上述實驗結果顯示可獲得高品質之釔鋇銅氧薄膜。Item 階梯式陣列SQUID磁量計製作與特性研究(2010) 劉品均本論文主要是探討階梯式(Step-edge)直接耦合式直流SQUID磁量計之特性，其中SQUID 是以串聯方式與磁場補捉線圈形成直接耦合而成。磁量計中每個SQUID的線寬皆為3 μm，自感值為70 pH。實驗使用的基板階梯高度為192 nm, 階梯角度為70度,我們以階梯階梯高度與YBCO薄膜厚度比為1：1.2的條件下去製作SQUID磁量計, 順利的在階梯式基板製作陣列SQUID磁量計。 本實驗製作階梯的過程，製作階梯時離子束入射方向蝕刻的角度與基板相對的角度約60度，清除基板上殘留SrTiO3顆粒的蝕刻角度，離子束入射方向與基板的角度能儘可能的平行，以使階梯上緣的角度可以尖銳又陡峭，可以使約瑟芬接面順利產生，離子束入射方向與基板夾角60度蝕刻出來的基板角度是最陡，清除殘留SrTiO3顆粒選擇離子束入射方向與基板的夾角接近平行效果好。Item 一階SQUID梯度計磁場靈敏度特性之研究(2006) 蔡宜修; Yi-Shou Tsai在本實驗中，我們在10 mm x 10 mm x 1 mm的碳酸鍶雙晶體(晶界夾角24°)上鍍製高溫超導薄膜(YBa2Cu3O7-δ)，並用來製作一階平面式梯度計，最後的目的是希望可以在無屏蔽的環境下來量測一些生物的磁場，或者利用在非破壞性檢測等方面。 我們總共設計12個SQUID在圖形中，其目的是要增加製作的成功率，避免因為單一個SQUID的Josephson junction失敗，而造成整個樣品的失敗。另外此設計可以單獨一個操作，或可將兩個SQUID串聯起來工作，如此可以使得Vpp有疊加的作用，其優點是會使SQUID的靈敏度提高。 最後我們製作出來的梯度計單個SQUID的Vpp約為20 μV上下，而非屏蔽環境下的磁場靈敏度在1 KHz時約為40~80 fT/cmHz1/2之間，在1 Hz時約為700~2000 fT/cmHz1/2之間。Item 高溫超導體釔鋇銅氧超導量子干涉元件之磁量計製作及其研究(2005) 簡秀芬摘要 超導量子干涉元件(SQUIDs)是目前世界上最敏感的磁感測元件，本實驗所做的磁量計(magnetometer)是希望能在外加均勻磁場下讓超導干涉元件能有有最大的有效面積極有最大的磁場靈敏度。並且能應用在免疫檢測上，量測avidin抗原。 目前製作SQUID magnetometer的方式有很多種，皆是由各種不同形狀約瑟芬元件所發展出來的，有 (a) 雙磊晶[1]，(b)雙晶體基板[2]，(c)弱鍵結構[3]，(d)階梯式[4]等各種形式。本實驗是使用階梯式的方式來製作SQUID magnetometer，其優點在其製程較為簡單且所使用的單晶基板成本較低。我們使用尺寸為5 mm × 5 mm × 0.5 mm 的鈦酸鍶( SrTiO3)基板，經光學製版及乾式蝕刻使其形成階梯(step-edge)，在上面鍍上臨界溫度可以到達90K的釔鋇銅(YBa2Cu3O7-x)超導薄膜，經過黃光製程來完成SQUID的製作，再把SQUID樣品放置於低溫恆溫器，降溫於液態氮中，之後再配合電路及量測儀器等來檢查我們做出來的SQUID特性。當SQUID magnetometer接面寬度為3 μm時(階梯高度: YBCO薄膜厚度＝1: 0.8)，在屏蔽屋中，可以隔絕外界磁場去量得其電壓—電流、電壓—磁通的訊號、雜訊頻譜分析、計算SQUID magnetometer的有效面積及磁場敏感度。Item 高溫超導量子干涉元件一階梯度計之製作與特性研究(2005) 徐智魁SQUID sensor是目前世界上最敏感的磁感測元件，都被拿來應用在生醫或工程上,目前梯度計可以分為一階軸向式梯度計及一階平面梯度計。本實驗所做的一階平面梯度計是希望能在無屏蔽下讓元件能有最大的靈敏度，及有最大的有效面積。並且能應用在免疫檢測上，量測avidin抗原。 利用曝光顯影半導體製程，把鈦酸鍶(001)基板蝕刻成70 °的階梯，形成超導層絕緣層超導層的架構，而製作階梯是製程簡單及價格便宜，將基板鍍上釔鋇銅氧薄膜(YBCO)(TC=90 K)，再將SQUID梯度計光罩圖形，用曝光顯影蝕刻薄膜後，來完成梯度計樣品的製作。SQUID 梯度計光罩圖形用e-beam分別做了單一SQUID，橋寬為3.5 μm(階梯高度:YBCO薄膜厚度＝1:0.8)及兩個串聯SQUID梯度計光罩圖形，橋寬為3.5 μm(階梯高度:YBCO薄膜厚度＝1:1)，成功的做出77 K以上的梯度計。 階梯式基板的品質好壞，取決曝光顯影的條件控制及氬離子束入射角度的大小。YBCO薄膜用準分子雷射鍍膜方式，而薄膜的品質也取決鍍膜溫度、氧氣壓力、退火的溫度和時間、雷射能量等。量測時，把Sample樣品放置恆溫器，於液態氮，且在屏蔽中，隔絕外界磁場去量得電壓—電流、電壓—磁通的訊號、雜訊頻譜分析。