本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種圖案化釔鋇銅氧高溫超導(dǎo)薄膜的制備方法，包括：（1）低氟感光溶液的配制，有效成分的摩爾比為：稀土醋酸鹽：醋酸鋇：醋酸銅：三氟乙酸：丙烯酸：苯甲酰丙酮：甲醇＝1：2：3～4：3～6：6～12：3~4：60～240；（2）鍍膜；（3）曝光與溶洗；（4）低溫預(yù)處理；（5）終處理。本發(fā)明專利技術(shù)的圖案化釔鋇銅氧高溫超導(dǎo)薄膜的制備方法，在該改進(jìn)的不含胺根離子的低氟溶液基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用化學(xué)絡(luò)合技術(shù)，賦予其光性，并結(jié)合紫外曝光，溶洗，熱處理，獲得具有特定圖案化的YBCO超導(dǎo)薄膜圖形。這一工藝技術(shù)路線具有成本低廉，工藝周期短，薄膜微圖形性能優(yōu)良的特點。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及高溫超導(dǎo)膜
，尤其涉及。
技術(shù)介紹
高溫超導(dǎo)是可在液氮溫區(qū)應(yīng)用的超導(dǎo)材料。高溫超導(dǎo)薄膜具有較高的臨界轉(zhuǎn)變溫度，低的電流損耗，可應(yīng)用于微電子器件等弱電領(lǐng)域，制成各種高、精、尖的電子器件，比如超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID)，約瑟夫森結(jié)、超導(dǎo)耦合天線，以及超導(dǎo)濾波器等。用于弱電領(lǐng)域的電子器件主要分為兩類:有源器件和無源器件。有源器件主要以約瑟夫森器件和超導(dǎo)量子干涉器件為代表；而無源器件以超導(dǎo)微波器為代表，如濾波器，諧振腔，天線等。無源微波器件是當(dāng)前高溫超導(dǎo)薄膜器件的主要研發(fā)內(nèi)容和研發(fā)熱點。由于高溫薄膜具有以上的特殊應(yīng)用前景，對其進(jìn)行研究也正在不斷深入，目前已經(jīng)利用各種工藝制備出了 Y系薄膜、Bi系薄膜、Ti系薄膜、Hg系薄膜和MgB2薄膜。由于Bi系超導(dǎo)體的高溫相不易形成，增加了制備難度，目前還限于B1-2223低溫相薄膜制備。TlBCCO薄膜具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)、較強(qiáng)的抗潮濕能力、性能不易退化、較高的零電阻溫度等特點，但制備過程中有劇毒物質(zhì)存在，需要采取防護(hù)措施，而且Tl和Tl2O3都是易揮發(fā)物，在制備過程中容易損失Tl原子，使成分控制難度增大。Hg系超導(dǎo)薄膜的合成中所遇到的最大的困難就是Hg的易揮發(fā)性和易潮解性，制備難度較大。同樣制備MgB2薄膜存在Mg的高揮發(fā)性和易氧化性的問題。與其他類型高溫超導(dǎo)體(HTSC)相比，Y系薄膜的制備要容易一些，外延C軸YBCO膜可在單晶絕緣LaAlO3襯底(1 00)面上生長，且能獲得最低的微波表面電阻(Rs)，這恰恰是許多微波無源器件所要求的。因此在所有HTSC中，YBCO薄膜受到了更多的重視，得到了更好的發(fā)展。為了得出均勻致密、表面平整光滑、超導(dǎo)性能優(yōu)異的YBCO HTS薄膜，幾乎動用了所有可能的制膜方法。按照薄膜制備工藝流程的不同，YBCO薄膜的制備方法分為原位法和后熱處理法。原位法指在淀積薄膜的同時將基片加熱，進(jìn)行原位熱處理。原位法主要包括物理沉積方法,還包括一些化學(xué)沉積方法如CVD法、MOCVD法等。這種方法在材料沉積的同時就能獲得所需的晶相，生長出具有晶體質(zhì)量和超導(dǎo)性能良好的外延薄膜。后熱處理法指在淀積薄膜后進(jìn)行退火處理。這種方法熱處理在鍍膜設(shè)備外進(jìn)行，加熱方法簡單，成本較低，基片尺寸不受限制，可用來大規(guī)模制備薄膜。后熱處理法包括金屬有機(jī)物沉積(ChmicalSolution Deposition, CSD),溶膠-凝膠法(Sol-Gel)等。目前，在所有制備薄膜的方法中，PLD法用得最多，但具有生產(chǎn)設(shè)備價格昂貴、加工周期長、不能大面積生產(chǎn)超導(dǎo)薄膜等缺點。包括溶膠-凝膠法(Sol-Gel)法等在內(nèi)的后熱處理法制備超導(dǎo)氧化物薄膜正逐漸受到人們的重視，將在未來的大面積高溫超導(dǎo)薄膜與器件上發(fā)揮重要作用。當(dāng)YBCO薄膜制備好后，往往需要對其進(jìn)行進(jìn)一步刻蝕，形成圖案化的YBCO薄膜，才能在高溫超導(dǎo)薄膜器件中發(fā)揮作用。但目前對這種超導(dǎo)氧化物的可是技術(shù)尚不成熟，沿用傳統(tǒng)的加工技術(shù)，還存在很多問題。比如:1)超導(dǎo)薄膜微加工的設(shè)備價格非常昂貴；2)高溫超導(dǎo)圖形刻蝕后薄膜容易失去超導(dǎo)性。采用氧化物高溫超導(dǎo)制備器件時，由于高溫超導(dǎo)具有不容易加工，加工過程中使得超導(dǎo)性能惡化的特點，一直以來困擾著高溫超導(dǎo)器件的發(fā)展。比如上述提及的YBCO薄膜濾波器等器件時，需要采用物理化學(xué)的刻蝕技術(shù)，制備成微橋，或微陣列圖形。而在刻蝕過程中，使得超導(dǎo)Jc有了 10-100倍的下降。直到目前為止，高溫超導(dǎo)器件仍然處于一個發(fā)展瓶頸。綜合國內(nèi)外的發(fā)展情況可以看出，找到一種能給超導(dǎo)薄膜性能不帶來負(fù)面影響的刻蝕技術(shù)，使得所得到的各種超導(dǎo)微圖形，微陣列性能仍然具有其刻蝕前所擁有的良好超導(dǎo)性能，是當(dāng)前獲得高性能高溫超導(dǎo)器件的前提。在專利技術(shù)人以往的專利中，提出了低氟感光化學(xué)溶液法制備YBCO薄膜的工藝技術(shù)，但在該技術(shù)中所用的溶液含有胺根離子，容易導(dǎo)致膠體溶液發(fā)生沉淀，同時也會使得所制備的薄膜還有大量的雜相，從而不具備高性能的特點。
技術(shù)實現(xiàn)思路
專利技術(shù)目的:針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本專利技術(shù)的目的是提供，在改進(jìn)的不含胺根離子的低氟溶液基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用化學(xué)絡(luò)合技術(shù)，賦予其光性，并結(jié)合紫外曝光，溶洗，熱處理等步驟，獲得具有特定圖案化的YBCO超導(dǎo)薄膜圖形。使該方法具有成本低廉，工藝周期短，薄膜微圖形性能優(yōu)良的特點。技術(shù)方案:為了實現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下: ，包括以下步驟: (O低氟感光溶液的配制:采用丙酸或丙烯酸、三氟乙酸和苯甲酰丙酮作為絡(luò)合劑，將稀土醋酸鹽、醋酸鋇、醋酸銅溶解在甲醇中，得到藍(lán)色透明低氟溶液；該溶液中有效成分的摩爾比為:稀土醋酸鹽:醋酸鋇:醋酸銅:三氟乙酸:丙烯酸:苯甲酰丙酮:甲醇=I:2:(3 4): (3 6): (6 12): (3 4): (60 240);其中，在所述的稀土醋酸鹽中，醋酸釔的摩爾含量不低于50% ； (2)鍍膜:以低氟溶液作為前驅(qū)體溶液，采用浸潰提拉法或旋轉(zhuǎn)涂覆法在單晶基片制得凝膠薄膜，在80°C條件下，干燥2(T30min，揮發(fā)掉多余的溶劑，得到凝膠干膜； (3)曝光與溶洗:將具有特定圖案的掩模版置于凝膠干膜上，掩模版在上，凝膠膜在下，紫外燈或波長為325nm的激光照射30min ;去除掩模版，將凝膠薄膜浸入甲醇/乙醇的混合溶液中進(jìn)行溶洗Γ2π η，溶洗結(jié)束后，采用吹風(fēng)機(jī)吹干，并在80°C烘干5min，即可獲得帶有圖案化的凝膠薄膜； (4)低溫預(yù)處理:將凝膠薄膜放入石英管式燒結(jié)爐中，在氧氣條件下升溫到100°C，然后切換成濕氧氣，然后再升溫到200°C，然后以2 10°C /min升溫到450°C，保溫l(T20min后，隨后隨爐降溫到后取出，獲得圖案化薄膜； (5)終處理:將圖案化薄膜置于管式爐內(nèi)，從室溫開始，在干N2*Ar環(huán)境下，以15^250C /min的速度升溫到650°C;隨后，將氣氛切換成濕N2/02混合氣氛，繼續(xù)以10°C /min的速度升溫到78(T810°C，并保溫70min，O2的含量保持在20(T2000ppm ;然后，將氣氛切換成O2的含量保持在20(T2000ppm的干N2/02混合氣氛，保溫20min ;最后隨爐冷卻，當(dāng)溫度冷卻到650°C后將氣氛切換成干02，繼續(xù)爐冷至450°C，并在此溫度下保溫2h ;保溫結(jié)束后，再隨爐冷卻到室溫，并將氣氛關(guān)閉，并取出樣品。在所述的稀土醋酸鹽中，其他組分選自醋酸釓、醋酸鏑和醋酸鐿。所述的甲醇/乙醇混合溶液為摩爾比為1:1的甲醇/乙醇混合溶液。步驟(I )，具體操作如下: (1)將稀土醋酸鹽溶解于含有少量蒸餾水的三氟乙酸中，使得稀土醋酸鹽:三氟乙酸:水的mol比為1:(3 6):(6 18)，在40 801:加熱條件下攪拌澄清后，經(jīng)過50 901:烘干或減壓蒸餾后得到白色固體，隨后將白色固體溶解于甲醇中，并加入苯甲酰丙酮，使得稀土醋酸鹽、苯甲酰丙酮、甲醇的mol比為1:0.8:(1(Γ20)，攪拌澄清后，獲得溶液A; (2)將醋酸鋇溶解在甲醇與丙烯酸或丙酸的混合溶液中，使得醋酸鋇、丙烯酸或丙酸、甲醇的mol比為1:(2 4):(10 20)，攪拌澄清后，即得到溶液B ; (3)將醋酸銅溶解在甲醇與丙烯酸或丙酸的混合溶液中，攪拌澄清后，加入苯甲酰丙酮，使得醋酸銅本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種圖案化釔鋇銅氧高溫超導(dǎo)薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）低氟感光溶液的配制：采用丙酸或丙烯酸、三氟乙酸和苯甲酰丙酮作為絡(luò)合劑，將稀土醋酸鹽、醋酸鋇、醋酸銅溶解在甲醇中，得到藍(lán)色透明低氟溶液；該溶液中有效成分的摩爾比為：稀土醋酸鹽：醋酸鋇：醋酸銅：三氟乙酸：丙烯酸：苯甲酰丙酮：甲醇＝1：2：3～4：3～6：6～12：3~4：60～240；其中，在所述的稀土醋酸鹽中，醋酸釔的摩爾含量不低于50%；（2）鍍膜：以低氟溶液作為前驅(qū)體溶液，采用浸漬提拉法或旋轉(zhuǎn)涂覆法在單晶基片制得凝膠薄膜，在80℃條件下，干燥20~30min，揮發(fā)掉多余的溶劑，得到凝膠干膜；（3）曝光與溶洗：將具有特定圖案的掩模版置于凝膠干膜上，掩模版在上，凝膠膜在下，紫外燈或波長為325nm的激光照射30min；去除掩模版，將凝膠薄膜浸入甲醇/乙醇的混合溶液中進(jìn)行溶洗1~2min，溶洗結(jié)束后，采用吹風(fēng)機(jī)吹干，并在80℃烘干5min，即可獲得帶有圖案化的凝膠薄膜；（4）低溫預(yù)處理：將凝膠薄膜放入石英管式燒結(jié)爐中，在氧氣條件下升溫到100℃，然后切換成濕氧氣，然后再升溫到200℃，然后以2~10℃/min升溫到450℃，保溫10~20min后，隨后隨爐降溫到后取出，獲得圖案化薄膜；（5）終處理：將圖案化薄膜置于管式爐內(nèi)，從室溫開始，在干N2或Ar環(huán)境下，以15~25℃/min的速度升溫到650℃；隨后，將氣氛切換成濕N2/O2混合氣氛，繼續(xù)以10℃/min的速度升溫到780~810℃，并保溫70min，O2的含量保持在200~2000ppm；然后，將氣氛切換成O2的含量保持在200~2000ppm的干N2/O2混合氣氛，保溫20min；最后隨爐冷卻，當(dāng)溫度冷卻到650℃后將氣氛切換成干O2，繼續(xù)爐冷至450℃，并在此溫度下保溫2h；保溫結(jié)束后，再隨爐冷卻到室溫，并將氣氛關(guān)閉，并取出樣品。...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種圖案化釔鋇銅氧高溫超導(dǎo)薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)低氟感光溶液的配制:采用丙酸或丙烯酸、三氟乙酸和苯甲酰丙酮作為絡(luò)合劑，將稀土醋酸鹽、醋酸鋇、醋酸銅溶解在甲醇中，得到藍(lán)色透明低氟溶液；該溶液中有效成分的摩爾比為:稀土醋酸鹽:醋酸鋇:醋酸銅:三氟乙酸:丙烯酸:苯甲酰丙酮:甲醇=1:2:3 4:3 6:6 12:3~4:60 240 ;其中，在所述的稀土醋酸鹽中，醋酸釔的摩爾含量不低于50% ； (2)鍍膜:以低氟溶液作為前驅(qū)體溶液，采用浸潰提拉法或旋轉(zhuǎn)涂覆法在單晶基片制得凝膠薄膜，在80°C條件下，干燥20~30min，揮發(fā)掉多余的溶劑，得到凝膠干膜； (3)曝光與溶洗:將具有特定圖案的掩模版置于凝膠干膜上，掩模版在上，凝膠膜在下，紫外燈或波長為325nm的激光照射30min ;去除掩模版，將凝膠薄膜浸入甲醇/乙醇的混合溶液中進(jìn)行溶洗1-2min，溶洗結(jié)束后，采用吹風(fēng)機(jī)吹干，并在80°C烘干5min，即可獲得帶有圖案化的凝膠薄膜； (4)低溫預(yù)處理:將凝膠薄膜放入石英管式燒結(jié)爐中，在氧氣條件下升溫到100°C，然后切換成濕氧氣，然后再升溫到200°C，然后以2 10°C /min升溫到450°C，保溫l0~20min后，隨后隨爐降溫到后取出，獲得圖案化薄膜； (5)終處理:將圖案化薄膜置于管式爐內(nèi)，從室溫開始，在干N2或Ar環(huán)境下，以15~250C /min的速度升溫到650°C;隨后，將氣氛切換成濕N2/02混合氣氛，繼續(xù)以10°C /min的速度升溫到780~810°C，并保溫70min，O2的含量保持在200~2000ppm ;然后，將氣氛切換成O2的含量保持在200~2000ppm的干N2/02混合氣氛，保溫20min ;最后隨爐冷卻，當(dāng)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙萬富，陳源清，
申請(專利權(quán))人：江蘇天誠線纜集團(tuán)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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