[发明专利]利用蒸镀法在光阻掩膜衬底上制备超导钛薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种利用蒸镀法在光阻掩膜衬底上制备超导钛薄膜的方法，包括对蒸镀腔抽真空至2.5×10^‑8Torr‑3.1×10^‑8Torr，然后开启腔体烘烤，烘烤温度100℃，腔体气压逐渐上升到2.8×10^‑7Torr‑3.6×10^‑7Torr，持续烘烤腔体20‑24小时后，腔内气压回到2.6×10^‑8Torr‑3×10^‑8Torr，关闭烘烤等步骤；本发明在电子束蒸镀系统中加装了载入真空腔，可极大降低衬底载入蒸镀腔时对蒸镀腔内真空环境的破坏，有利于获得高质量的超导钛薄膜。

技术领域

本发明涉及超导钛薄膜技术领域，具体为一种利用蒸镀法在光阻掩膜衬底上制备超导钛薄膜的方法。

背景技术

基于超导器件的太赫兹探测器凭借其优异的探测性能已经在太赫兹波段的天文观测上占据了不可替代的位置。在多种太赫兹超导探测器中，超导相变边缘探测器的灵敏度仅取决于工作环境温度，可实现背景极限探测灵敏度。在100mK或更低温区，其灵敏度可达1x10^-19W/Hz^0.5，已成为太赫兹波段超高灵敏度宽带连续谱阵列探测器首选。近些年来的许多太赫兹望远镜都装配了超导相变边缘阵列探测器，如：JCMT望远镜(James ClerkMaxwell Telescope)、南极点望远镜(South Pole Telescope)、Herschel空间望远镜、SOFIA航空望远镜等。

超导相变边缘探测器一般由辐射吸收体(absorber)、测温体(thermometer)、热弱连接体(weak thermal link)和热沉(heat sink)四部分构成，其中的辐射吸收体和测温体常由一块超导薄膜微桥(厚度几十纳米，面积几平方微米)实现。在实际应用中，由于受到超导相变边缘探测器的工作机制和低温制冷机的限制，一般要求微桥的超导转变温度在100-400mK。同时，微桥一般需要通过平面天线与外来的电磁波信号耦合，因此要求形成微桥的超导薄膜具有合适的方块电阻(一般几十欧姆)以实现与天线之间的阻抗匹配。超导钛薄膜的特性满足上述要求，并且其电-声耦合时间可通过工作温度调节，有利于探测器性能的调控，因此超导钛薄膜已成为超导相变边缘探测器研制中广泛选用的超导材料。

金属钛薄膜可以利用常规的溅射法或者蒸镀法获得。两种制备方法中，溅射的沉积速率较慢，难以获得高纯的钛薄膜，因此蒸镀的方式更具优势。不过目前各研究小组在制备超导钛薄膜时都遇到了以下两个难题：第一个是难以获得性能稳定的超导钛薄膜。由于钛薄膜对氧、氮、一氧化碳等活性气体具有很强的吸附作用，在沉积的过程中很容易受到腔体内残余气体的污染变“脏”，导致其超导转变温度降低甚至不超导，同时由于腔体内残余气体的不确定性，也让钛薄膜的超导性能难以控制。第二个是在蒸镀钛薄膜的过程中，高温的钛蒸气很容易破坏衬底上的光阻，从而无法通过后续的剥离工艺形成钛薄膜的图形，也就无法制备基于超导钛薄膜的器件。如果先制备钛薄膜，再采用刻蚀工艺形成钛薄膜图形，刻蚀过程中产生的热效应又会恶化钛薄膜的超导性能，进而影响器件的性能。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述不足提供一种利用蒸镀法在光阻掩膜衬底上制备超导钛薄膜的方法。

一种利用蒸镀法在光阻掩膜衬底上制备超导钛薄膜的方法，包括以下步骤：

步骤001.对蒸镀腔抽真空至2.5×10^-8Torr-3.1×10^-8Torr，然后开启腔体烘烤，烘烤温度100℃，腔体气压逐渐上升到2.8×10^-7Torr-3.6×10^-7Torr，持续烘烤腔体20-24小时后，腔内气压回到2.6×10^-8Torr-3×10^-8Torr，关闭烘烤；

步骤002.开启电子束电流加热金属钛源，并逐步增加电流至镀率达到持续蒸镀5分钟，关闭电子束电流；