超导薄膜

超导膜

superconducting thin film，利用蒸发、喷涂等方法淀积的厚度小于1微米的超导材料。

简介

超导薄膜除几何尺寸与块状超导体不同外，其结构和超导性质也有较大差别。对于块状超导体，磁场穿透层很薄，可以忽略不计，具有完全的抗磁性。但是超导薄膜的磁场穿透层与薄膜相比，就不能忽略不计。此外，当超导薄膜厚度很小时（小于10纳米），它的超导临界转变温度将下降。

已实用的超导薄膜分为低温和高温两类。低温超导薄膜是制造电子器件的主要薄膜材料。与高温超导薄膜相比，其均匀性、一致性以及隧道结制备和集成电路工艺方面具有优势；在液氦温区由于热噪声低，故低温超导薄膜制成的电子器件灵敏度高，是高温超导薄膜器件所不及。低温超导薄膜又分为低熔点超导薄膜，如Pb、In、Sn、Al等低熔点金属及其合金薄膜；高熔点超导薄膜，主要是难熔金属及其合金薄膜，已应用的是Nb超导薄膜；化合物超导薄膜，具有实用价值的是NbN和Nb3Sn、Nb3Ge薄膜。高温超导薄膜在液氮温度下工作，已研究并有实用价值的有钇系薄膜、铋系薄膜和铊系薄膜。铊系氧化物是超导临界温度最高的超导体，达125K。高温超导薄膜的质量和性能均已达到相当高的水准，利用高温超导薄膜制成的超导量子干涉器和微波器件等，其性能均达到实用要求。

发展历史

很早以前科学家就发现，以超导薄膜制成的电路比普通的电路速度更快、损耗更小。

如果把电子在电路中传输看成是汽车在路上行驶，传统的电路就好比是普通的公路，电子在传统电路上面的传输十分缓慢；而使用超导材料制作的电路就好比是高速公路，电子在超导材料制作的电路上可以飞速地奔驰。

超导薄膜的制作过程是把一个薄薄的晶片放到特殊的环境，然后，用激光把制作超导材料需要的原子或分子一个个或一团团地移到这个晶片上。经过几个小时晶片表面上才能生长几个毫米厚的超导薄膜。

超导膜技术被列入中国九五重点攻关项目，已经可以制备出高质量大面积高温超导薄膜，电性能指标达到世界最好水平。

在超导薄膜制备出来后，它还要仅仅是一种材料。还需要继续加工成各种各样的电子元件才能被使用。正在制作的就是使用在无线通讯机站中的超导薄膜电子元件。

如何节约无线频段是移动通信企业最关心的事情。超导薄膜将从根本上解决这个问题，信号是弧形的，两边是没有用处的干扰信号，频段资源的浪费很大。而通过超导薄膜的信号边缘比较垂直，这样就大大地节约电信频段。

这是用超导薄膜制备的超导滤波器，它可以用于中国的移动通讯机站，它有四个优点：第一个是可以提高移动通信的抗干扰能力。第二个是提高移动通信的通信质量。第三个可以是移动通信的面积增加一倍。第四个可以使手机所需要的发射功率降低一半。

由于超导薄膜没有电阻，用它制成的天线、谐振器、滤波器、延迟线等微波通讯器件具有常规材料(金、银等)不可比拟的高灵敏度。未来将要诞生的超导计算机可以在无阻不发热的情况下高效运行，其运行速度可达到每秒几十亿次。

超导薄膜还在军事和医疗上广泛的应用。制成的医疗器械，已经用来探测肺、脑和心脏的活动功能。

超导薄膜技术正无声无息地改变着人们的日常生活。

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