一种磁控溅射制备的大面积WC超导薄膜

本发明属于超导薄膜材料，具体涉及通过磁控溅射技术制备的具有超导现象的大面积wc薄膜。

背景技术：

1、超导材料是拥有零电阻、完全抗磁性和宏观量子效应三大基本特性的新材料。基于超导材料的零电阻性质和完全抗磁性，在超导材料中施加大电流，可以实现大电流输运、强磁场、磁悬浮等技术；基于量子隧穿效应，超导能够应用于量子计算和实现弱磁场探测。因此超导材料被广泛应用在电力传输、医疗器械、电子通信、国防军事等多领域。超导电子器件是基于超导电学原理开发的一类电子器件，与普通电子器件相比，其具有更快的响应速率、更低的能量消耗和更高的运算精度。超导电子器件在超导量子计算、超导电动车、电力输电等领域都具有广泛的应用前景。

2、目前，wc材料的制备形式主要包括wc粉末、wc薄膜等。三种主流wc粉体材料制备方法分别为固相法、气相法和液相法，其中固相法工艺操作简单且粉体产物粒度均匀性较好，但其生产效率较低且过程中易引入杂质。气相法可用于制备粒度较细的粉体产物，但其生产过程所需反应温度较高。液相法也可用于制备粒度较细的wc粉体材料，且对反应温度环境的要求相对较低，但其制备工艺复杂，批量化生产应用的可行性较低。wc薄膜主要通过化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(pvd)法获得。然而，化学气相沉积的复杂工艺限制了wc薄膜从实验室走向工业化生产。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种大面积的wc超导薄膜，通过磁控溅射设备实现整个基片上生长wc超导薄膜，特别适合于工业大批量生长。

2、实现本发明目的的技术解决方案是：

3、第一方面，本发明提供了一种大面积wc超导薄膜，于衬底上通过磁控溅射技术制备所述wc超导薄膜。

4、较佳的，为了防止wc超导薄膜氧化，于所述wc超导薄膜通过磁控溅射技术制备al保护层。

5、较佳的，所述衬底为本领域常用的刚性衬底，例如(0001)晶面单晶蓝宝石。

6、较佳的，所述的wc超导薄膜，其厚度为7nm；

7、第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的大面积wc超导薄膜的制备方法，包括如下步骤：以wc靶材作为靶材，在清洗干净的衬底上进行真空磁控溅射，溅射温度为室温或500℃。

8、较佳的，清洗干净的衬底是指依次使用丙酮和无水乙醇对衬底进行10min超声清洗，洗净后利用氮气枪吹干。

9、较佳的，wc靶材纯度为99.9％。

10、较佳的，保护气体为纯度99.995％的氩气，溅射气压为0.6pa。

11、第三方面，本发明提供了一种第一方面所述的大面积wc超导薄膜作为超导材料的用途。

12、较佳的，溅射温度为室温时制备的wc超导薄膜在温度4.4k处电阻为0，具有超导现象。

13、较佳的，溅射温度为500℃时制备的wc超导薄膜在温度3.93k处电阻为0，具有超导现象。

14、第四方面，本发明提供了一种超导传感器/探测器，其包含第一方面所述的大面积wc超导薄膜。

15、第五方面，本发明提供了一种微波谐振腔，其包含第一方面所述的大面积wc超导薄膜。

16、第六方面，本发明提供了一种超导数字电路，其包含第一方面所述的大面积wc超导薄膜。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、本发明利用磁控溅射技术，通过改变溅射腔室的温度，利用其控制wc薄膜的生长温度，产出大面积的连续薄膜，其厚度均匀。工艺流程简单、效率高、重复率高，是一种适用于工业级别的生产方法。通过该方法制备的wc薄膜在一定温度下具有超导现象，后续通过微纳加工技术制备的wc超导器件，在超导电子学研究领域具有广泛的应用前景：其一，超导材料陡峭的超导转变可用于实现超导传感器/探测器的高灵敏度，使其在超导量子干涉器件、超导纳米线单光子探测器、高温超导太赫兹技术等领域具有广泛应用前景；其二，当微波通过超导材料表面时其微波表面电阻非常小，因而利用超导材料制备的微波谐振腔等具有极小的微波损耗，制备的超导滤波器具有非常小的插入损耗，与常规滤波器相比，性能具有明显提升；其三，超导数字电路相比半导体数字电路而言，功耗更低、尺寸小且信号损耗更低。

19、下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

1.一种大面积wc超导薄膜，其特征在于，其特征在于，于衬底上通过磁控溅射技术制备所述wc超导薄膜。

2.如权利要求1所述的wc超导薄膜，其特征在于，于所述wc超导薄膜通过磁控溅射技术制备al保护层。

3.如权利要求1所述的wc超导薄膜，其特征在于，所述的wc超导薄膜，其厚度为7 nm。

4.一种如权利要求1-3任一所述的大面积wc超导薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：以wc靶材作为靶材，在清洗干净的衬底上进行真空磁控溅射，溅射温度为室温或500 ºc。

5.一种如权利要求1-3任一所述的大面积wc超导薄膜作为超导材料的用途。

6.如权利要求5所述的用途，其特征在于，溅射温度为室温时制备的wc超导薄膜在温度4.4 k处电阻为0，具有超导现象。

7.如权利要求5所述的用途，其特征在于，溅射温度为500 ºc时制备的wc超导薄膜在温度3.93 k处电阻为0，具有超导现象。

8.一种超导传感器/探测器，其特征在于，其包含如权利要求1-3任一所述的大面积wc超导薄膜。

9.一种微波谐振腔，其特征在于，其包含如权利要求1-3任一所述的大面积wc超导薄膜。

10.一种超导数字电路，其特征在于，其包含如权利要求1-3任一所述的大面积wc超导薄膜。