In this thesis, Josephson junction using high-Tc superconducting multi-layer thin film has been fabricated by on-axis RF magnetron sputtering method. And, the characterizations were performed by X-ray diffraction, SEM and the measuring system of critical current density. The physical properties of multi-layer superconducting thin films were also analyzed with the measured results. To fabricate the multi-layer superconducting thin films, the optimum partial pressure of Argon and Oxgen and the temperature of substrate were measured. Also, YBaCuO thin film was grown on MgO and $SrTiO_3$ substrates by rf-sputtering and LGO thin film of 30 A was epitaxially grown on the YBaCuO thin film as a josephson junction with the same condition. The schottky barrier at the contact surface between YBaCuO/LGO and YBaCuO/Au and the energy gap of 0.5 ${\sim}$ 0.6 mV in Nb were observed from the dI/dV-V of YBaCuO/LGO/Au/Nb and YBaCuO/Au/Nb.
We have fabricated $FeSe_x$ superconducting thin films at much different substrate temperatures of 430 and $610^{\circ}C$ on $Al_2O_3$(0001) substrates by using a pulsed laser deposition (PLD) technique. Superconducting transitions for both films were shown around 10 K, but their transition width and growth directions of grains were different. We found that superconducting tetragonal FeSe phases and non-superconducting hexagonal FeSe phases were coexisted in the sample grown at the low temperature of $430^{\circ}C$, whereas the hexagonal FeSe phase was decreased with increasing fabrication temperatures.
Pulsed laser ablation has been used to fabricate superconducting $YBa_2Cu_3O_{7-x}$(YBCO) thin films on MgO substrates. The epitaxial YBCO thin films were grown at $750^{\circ}C$ and oxygen partial pressure of 200 mTorr. The electrical property and the characteristics of the YBCO thin films have been studied by R-T measurement. scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). A microstrip line resonator has been fabricated using YBCO superconducting thin films by photolithography and wet-etch process. The resonator has linear microstrip line separated by a gap of 0.278 mm. We observed a fundamental resonance peak at the frequency of 10.007 GHz.
High-Tc YBa2Cu3O7-x superconducting thin films have been prepared by single-target off-axis RF magnetron sputtering. Optimal ratio of Y : Ba : Cu of the single-target was determined as 1 : 1.65 : 3.35 in order to obtain the stoichiometric films. Tc, crystalline phase, and microstructures of the surface and cross-section of the ex-situ YBa2Cu3O7-x thin films on MgO(100) had a Tc, zero of 80K, and the films on LaAlO3/Si had a Tc, on-set of 90 K and a Tc, zero of 70 K.
Bismuth high Tc superconducting thin films are fabricated via a co-deposition process by an ion beam sputtering with an ultra low growth rate, and sticking processing of the respective elements are evaluated. The sticking processing of bismuth element in bismuth high Tc superconducting thin film formation was observed to show a unique temperature dependence; it was almost a constant value of 0.49 below about $730^{\circ}C$ and decreased linearly over about $730^{\circ}C$. This temperature dependence can be elucidated from the evaporation and sublimation rates of bismuth oxide, $Bi_2O_3$, from the film surface. It is considered that the liquid phase of the bismuth oxide plays an important role in the bismuth phase formation in the co-deposition process.
BiSrCaCuO superconducting thin films have been fabricated by co-deposition using IBS(Ion Beam Sputtering) method. Despite setting the composition of thin film Bi2212 or Bi2223, in both cased, Bi2201, Bi2212 and Bi2223 phase were appeared. It was confirmed the obtained field of stabilizing phase was represented in the diagonal direction of the right below end in the Arrhenius plot of temperature of the substrate and $PO_3$ and it was distributed in the reeone.
BSCCO superconducting thin films have been fabricated by co-deposition using IBS(Ion Beam Sputtering) method. Despite setting the composition of thin film Bi2212 or Bi2223, in both cases, Bi2201, Bi2212 and Bi2223 phase were appeared. It was confirmed the obtained field of stabilizing phase was represented in the diagonal direction of the right below end in the Arrhenius plot of temperature of the substrate and PO$_3$, and it was distributed in the rezone. The XRD peak of the generated film continuously changed according to the substrate temperature.
Dual mode ring resonators(DMRR) have been fabricated using laser ablated $YBa_2Cu_3O_{7-x}$ superconducting thin films. The transition temperature of YBCO thin films were 85 - 88 K and the film thicknesses were about 5,000 $\AA$. Dual mode ring resonators were patterned by standard photolithography process and wet-etching. Then two-layer metal thin films (Ti/Ag) have been deposited for the ground plane on the back side of substrate by e-beam and thermal evaporation. The input/output feedline angles of each resonator were $60^{\circ}$, $100^{\circ}$, $180^{\circ}$. A network analyzer was used for testing the performance of the resonators in the frequency range of 6-13 GHz at 77 K.
Bi based superconducting thin films were fabricated by 4-target RF magnetron sputtering using the method of controlling the on-off time. These thin films showed better crystal structures. The ratio of Cu/Bi decreased but the critical temperature increased with increasing the temperature of the substrate. High temperature phase low temperature of the substrate. High temperature phase low temperature phase and semiconducting phase can be formed by controlling the on-off time of the shutter respectively.
In this study, electromagnetic analysis of current paths including meander pattern, spiral pattern, and bi-spiral pattern were performed and in order to verity the analysis results, experiments tests including quench test, and insulation tests were performed. In addition, bubble corner concepts were introduced to enhance insulation reliability. From our study, bi-spiral pattern of YBCO thin films were rather effective for quench and insulation than the other patterns. So this current path pattern was adopted for YBCO thin films in order to develop 6.6 kV resistive fault current limiters. Finally YBCO thin films were connected in series and parallel to enhance capacity, and the test results of current limiting characteristics of 6.6kV resistive SFCL were successful. The Progress in Superconductivity is published every six month and serves as a channel for publications on superconductivity and related topics. The author(s) are required to submit THREE copies of the manuscripts along with original figures directly to the Editor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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