Abstract
The recently discovered superconductor MgB2 with T c at 39 K has great potential in superconducting electronics. In this paper, we review the deposition techniques used for MgB2 thin films in the light of a thermodynamic study of the Mg-B system with the calculation of phase diagrams (CALPHAD) modeling technique. This thermodynamic study identifies a growth window in the pressure–temperature phase diagram, in which the magnesium pressure is very high for likely in situ growth temperatures. A Hybrid Physical–Chemical Vapor Deposition (HPCVD) technique that successfully achieves such a high Mg pressure is shown to produce in situ epitaxial MgB2 thin films with bulk superconducting properties.
Similar content being viewed by others
REFERENCES
J. Nagamatsu, N. Nakagawa, T. Muranaka, Y. Zenitani, and J. Akimitsu, Nature 410, 63(2001).
S. L. Bud'ko, G. Lapertot, C. Petrovic, C. E. Cunningham, N. Anderson, and P. C. Canfield, Phys. Rev. Lett. 86, 1877(2001).
D. K. Finnemore, J. E. Ostenson, S. L. Bud'ko, G. Lapertot, and P. C. Canfield, Phys. Rev. Lett. 86, 2420(2001).
M. H. Jung, M. Jaime, A. H. Lacerda, G. S. Boebinger, W. N. Kang, H. J. Kim, E. M. Choi, and S. I. Lee, Chem. Phys. Lett. 343, 447(2001).
D. C. Larbalestier, L. D. Cooley, M. O. Rikel, A. A. Polyanskii, J. Jiang, S. Patnaik, X. Y. Cai, D. M. Feldmann, A. Gurevich, A. A. Squitieri, et al., Nature 410, 186(2001).
Y. Bugoslavsky, G. K. Perkins, X. Qi, L. F. Cohen, and A. D. Caplin, Nature 410, 563(2001).
S. Tsuda, T. Yokoya, T. Kiss, Y. Takano, K. Togano, H. Kito, H. Ihara, and S. Shin, Phys. Rev. Lett. 87, 177006(2001).
H. Schmidt, J. F. Zasadzinski, K. E. Gray, and D. G. Hinks, Phys. Rev. Lett. 88, 127002(2002).
X. H. Zeng, A. V. Pogrebnyakov, A. Kotcharov, J. E. Jones, X. X. Xi, E. M. Lysczek, J. M. Redwing, S. Y. Xu, Q. Li, J. Lettieri, et al., Nat. Mater. 1, 35(2002).
Z.-K. Liu, Y. Zhong, D. Schlom, X. X. Xi, and Q. Li, CALPHAD 25, 299(2001).
B. Jansson, B. Jonsson, B. Sundman, and J. Agren, Thermochim. Acta 214, 93(1993).
Z. K. Liu, D. G. Schlom, Q. Li, and X. X. Xi, Appl. Phys. Lett. 78, 3678(2001).
R. Heckingbottom, G. Davies, and K. Prior, Surf. Sci. 132, 375(1983).
H. Seki and A. Koukitu, J. Cryst. Growth 78, 342(1986).
R. H. Hammond and R. Bormann, Physica C 162, 703(1989).
C. D. Theis, J. Yeh, D. G. Schlom, M. E. Hawley, and G. W. Brown, Thin Solid Films 325, 107(1998).
Z. Y. Fan, D. G. Hinks, N. Newman, and J. M. Rowell, Appl. Phys. Lett. 79, 87(2001).
W. N. Kang, H.-J. Kim, E.-M. Choi, C. U. Jung, and S.-I. Lee, Science 292, 1521(2001).
S. R. Shinde, S. B. Ogale, R. L. Greene, T. Venkatesan, P. C. Canfield, S. Bud'ko, G. Lapertot, and C. Petrovic, Appl. Phys. Lett. 79, 227(2001).
C. Ferdeghini, V. Ferrando, G. Grassano, W. Ramadan, E. Bellingeri, V. Braccini, D. Marré, P. Manfrinetti, A. Palenzona, F. Borgatti, et al., Supercond. Sci. Technol. 14, 952(2001).
A. Berenov, Z. Lockman, X. Qi, J. L. MacManus-Driscoll, Y. Bugoslavsky, L. F. Cohen, M.-H. Jo, N. A. Stelmashenko, V. N. Tsaneva, M. Kambara, et al., Appl. Phys. Lett. 79, 4001(2001).
S. D. Bu, D. M. Kim, J. H. Choi, J. Giencke, S. Patnaik, L. Cooley, E. E. Hellstrom, D. C. Larbalestier, C. B. Eom, J. Lettieri, et al., Appl. Phys. Lett. 81, 1851(2002).
M. Paranthaman, C. Cantoni, H. Y. Zhai, H. M. Christen, T. Aytug, S. Sathyamurthy, E. D. Specht, J. R. Thompson, D. H. Lowndes, H. R. Kerchner, et al., Appl. Phys. Lett. 78, 3669(2001).
S. H. Moon, J. H. Yun, H. N. Lee, J. I. Kye, H. G. Kim, W. Chung, and B. Oh, Appl. Phys. Lett. 79, 2429(2001).
A. Plecenik, L. Satrapinsky, P. Kúš, š. Gaži, š. Beňačka, I. Vávra, and I. Kostič, Physica C 363, 224(2001).
C. B. Eom, M. K. Lee, J. H. Choi, L. Belenky, X. Song, L. D. Cooley, M. T. Naus, S. Patnaik, J. Jiang, M. O. Rikel, et al., Nature 411, 558(2001).
N. Hur, P. A. Sharma, S. Guha, M. Z. Cieplak, D. J. Werder, Y. Horibe, C. H. Chen, and S.-W. Cheong, Appl. Phys. Lett. 79, 4180(2001).
H.-J. Kim, W. N. Kang, E.-M. Choi, M.-S. Kim, K. H. P. Kim, and S.-I. Lee, Phys. Rev. Lett. 87, 087002(2001).
H. Y. Zhai, H. M. Christen, L. Zhang, M. Paranthaman, C. Cantoni, B. C. Sales, P. H. Fleming, D. K. Christen, and D. H. Lowndes, J. Mater. Res. 16, 2759(2001).
S. Y. Lee, J. H. Lee, J. H. Lee, J. S. Ryu, J. Lim, S. H. Moon, H. N. Lee, H. G. Kim, and B. Oh, Appl. Phys. Lett. 79, 3299(2002).
A. A. Zhukov, A. Purnell, Y. Miyoshi, Y. Bugoslavsky, Z. Lockman, A. Berenov, H. Y. Zhai, H. M. Christen, M. P. Paranthaman, D. H. Lowndes, et al., Appl. Phys. Lett. 80, 2347(2002).
G. Burnell, D.-J. Kang, H. N. Lee, S. H. Moon, B. Oh, and M. G. Blamire, Appl. Phys. Lett. 79, 3464(2001).
G. Carapella, N. Martucciello, G. Costabile, C. Ferdeghini, V. Ferrando, and G. Grassano, Appl. Phys. Lett. 80, 2949(2002).
D. H. A. Blank, H. Hilgenkamp, A. Brinkman, D. Mijatovic, G. Rijnders, and H. Rogalla, Appl. Phys. Lett. 79, 394(2001).
H. Christen, H. Zhai, C. Cantoni, M. Paranthaman, B. Sales, C. Rouleau, D. Norton, D. Christen, and D. Lowndes, Physica C 353, 157(2001).
X. H. Zeng, A. Sukiasyan, X. X. Xi, Y. F. Hu, E. Wertz, Q. Li, W. Tian, H. P. Sun, X. Q. Pan, J. Lettieri, et al., Appl. Phys. Lett. 79, 1840(2001).
H. Y. Zhai, H. M. Christen, L. Zhang, C. Cantoni, M. Paranthaman, B. C. Sales, D. K. Christen, and D. H. Lowndes, Appl. Phys. Lett. 79, 2603(2001).
S. N. Ermolov, M. V. Indenbom, A. N. Rossolenko, I. K. Bdikin, L. S. Uspenskaya, N. S. Stepakov, and V. G. Glebovskii, JETP Lett. 73, 557(2001).
G. Grassano, W. Ramadan, V. Ferrando, E. Bellingeri, D. Marré, C. Ferdeghini, G. Grasso, M. Putti, A. S. Siri, P. Manfrinetti, et al., Supercond. Sci. Techno. 14, 762(2001).
N. Hakim, C. Kusko, S. Sridhar, A. Soukiassian, X. H. Zeng, and X. X. Xi, Appl. Phys. Lett. (2002), Manuscript submitted for publication.
A. Brinkman, D. Veldhuis, D. Mijatovic, G. Rijnders, D. H. A. Blank, H. Hilgenkamp, and H. Rogalla, Appl. Phys. Lett. 79, 2420(2001).
D. Mijatovic, A. Brinkman, I. Oomen, G. Rijnders, H. Hilgenkamp, H. Rogalla, and D. Blank, Appl. Phys. Lett. 80, 2141(2002).
K. Ueda and M. Naito, Appl. Phys. Lett. 79, 2046(2001).
A. Saito, A. Kawakami, H. Shimakage, and Z. Wang, Jpn. J. Appl. Phys. 41, L127(2002).
W. Jo, J. Huh, T. Ohnishi, A. F. Marshall, M. R. Beasley, and R. H. Hammond, Appl. Phys. Lett. 80, 3563(2002).
Author information
Authors and Affiliations
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Xi, X.X., Zeng, X.H., Pogrebnyakov, A.V. et al. Deposition and Properties of Superconducting MgB2 Thin Films. Journal of Superconductivity 16, 801–806 (2003). https://doi.org/10.1023/A:1026294632677
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1023/A:1026294632677