[发明专利]一种图案化钇钡铜氧高温超导薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温超导膜技术领域，尤其涉及一种图案化钇钡铜氧高温超导薄膜的制备方法。

背景技术

高温超导是可在液氮温区应用的超导材料。高温超导薄膜具有较高的临界转变温度，低的电流损耗，可应用于微电子器件等弱电领域，制成各种高、精、尖的电子器件，比如超导量子干涉仪（SQUID），约瑟夫森结、超导耦合天线，以及超导滤波器等。用于弱电领域的电子器件主要分为两类：有源器件和无源器件。有源器件主要以约瑟夫森器件和超导量子干涉器件为代表；而无源器件以超导微波器为代表，如滤波器，谐振腔，天线等。无源微波器件是当前高温超导薄膜器件的主要研发内容和研发热点。

由于高温薄膜具有以上的特殊应用前景，对其进行研究也正在不断深入，目前已经利用各种工艺制备出了Y系薄膜、Bi系薄膜、Ti系薄膜、Hg系薄膜和MgB₂薄膜。由于Bi系超导体的高温相不易形成，增加了制备难度，目前还限于Bi-2223低温相薄膜制备。TlBCCO薄膜具有稳定的结构、较强的抗潮湿能力、性能不易退化、较高的零电阻温度等特点，但制备过程中有剧毒物质存在，需要采取防护措施，而且Tl和Tl₂O₃都是易挥发物，在制备过程中容易损失Tl原子，使成分控制难度增大。Hg系超导薄膜的合成中所遇到的最大的困难就是Hg的易挥发性和易潮解性，制备难度较大。同样制备MgB₂薄膜存在Mg的高挥发性和易氧化性的问题。

与其他类型高温超导体（HTSC）相比，Y系薄膜的制备要容易一些，外延C轴YBCO膜可在单晶绝缘LaAlO₃衬底（100）面上生长，且能获得最低的微波表面电阻（Rs），这恰恰是许多微波无源器件所要求的。因此在所有HTSC中，YBCO薄膜受到了更多的重视，得到了更好的发展。为了得出均匀致密、表面平整光滑、超导性能优异的YBCO HTS薄膜，几乎动用了所有可能的制膜方法。按照薄膜制备工艺流程的不同，YBCO薄膜的制备方法分为原位法和后热处理法。原位法指在淀积薄膜的同时将基片加热，进行原位热处理。原位法主要包括物理沉积方法，还包括一些化学沉积方法如CVD法、MOCVD法等。这种方法在材料沉积的同时就能获得所需的晶相，生长出具有晶体质量和超导性能良好的外延薄膜。后热处理法指在淀积薄膜后进行退火处理。这种方法热处理在镀膜设备外进行，加热方法简单，成本较低，基片尺寸不受限制，可用来大规模制备薄膜。后热处理法包括金属有机物沉积（Chmical Solution Deposition，CSD），溶胶-凝胶法（Sol-Gel）等。

目前，在所有制备薄膜的方法中，PLD法用得最多，但具有生产设备价格昂贵、加工周期长、不能大面积生产超导薄膜等缺点。包括溶胶-凝胶法（Sol-Gel）法等在内的后热处理法制备超导氧化物薄膜正逐渐受到人们的重视，将在未来的大面积高温超导薄膜与器件上发挥重要作用。

当YBCO薄膜制备好后，往往需要对其进行进一步刻蚀，形成图案化的YBCO薄膜，才能在高温超导薄膜器件中发挥作用。但目前对这种超导氧化物的可是技术尚不成熟，沿用传统的加工技术，还存在很多问题。比如：1）超导薄膜微加工的设备价格非常昂贵；2）高温超导图形刻蚀后薄膜容易失去超导性。采用氧化物高温超导制备器件时，由于高温超导具有不容易加工，加工过程中使得超导性能恶化的特点，一直以来困扰着高温超导器件的发展。比如上述提及的YBCO薄膜滤波器等器件时，需要采用物理化学的刻蚀技术，制备成微桥，或微阵列图形。而在刻蚀过程中，使得超导Jc有了10-100倍的下降。直到目前为止，高温超导器件仍然处于一个发展瓶颈。

综合国内外的发展情况可以看出，找到一种能给超导薄膜性能不带来负面影响的刻蚀技术，使得所得到的各种超导微图形，微阵列性能仍然具有其刻蚀前所拥有的良好超导性能，是当前获得高性能高温超导器件的前提。在发明人以往的专利中，提出了低氟感光化学溶液法制备YBCO薄膜的工艺技术，但在该技术中所用的溶液含有胺根离子，容易导致胶体溶液发生沉淀，同时也会使得所制备的薄膜还有大量的杂相，从而不具备高性能的特点。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种图案化钇钡铜氧高温超导薄膜的制备方法，在改进的不含胺根离子的低氟溶液基础上，进一步采用化学络合技术，赋予其光性，并结合紫外曝光，溶洗，热处理等步骤，获得具有特定图案化的YBCO超导薄膜图形。使该方法具有成本低廉，工艺周期短，薄膜微图形性能优良的特点。