[發(fā)明專(zhuān)利]制備涂布導(dǎo)體用成形襯底的工藝及使用該襯底的涂布導(dǎo)體

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910143700.5
• 申請(qǐng)日: 2009-06-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101599526A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于爾根·埃倫伯格;馬克·O·里克爾
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 尼克桑斯公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L39/24
• 分類(lèi)號(hào): H01L39/24;H01L39/12
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 陶鳳波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于涂布導(dǎo)體的成形襯底(shaped?substrate)的制備工藝， 具體地涉及允許將襯底例如成形為圓線的改善的自由度并且因此允許涂布 導(dǎo)體(coated?conductor)成形的改善的自由度的工藝，以及涉及使用該襯底 的涂布導(dǎo)體。

背景技術(shù)

涂布導(dǎo)體具有長(zhǎng)度大的形狀，例如帶(tape)或條。通常，它們由襯底、 高溫超導(dǎo)材料的活性層(active?layer)以及在襯底和超導(dǎo)層之間的可變數(shù)目 的緩沖層構(gòu)成。緩沖層用于補(bǔ)償所用材料的各種不同性能。

盡管不限于此，目前化學(xué)式為REBa₂Cu₃O_7-x的稀土鋇銅酸鹽型超導(dǎo)體通 常用于涂布導(dǎo)體的制造中。其具體一例是公知標(biāo)記為YBCO-123的超導(dǎo)體， 其中數(shù)字組合123代表元素Y、Ba和Cu的化學(xué)計(jì)量比。

在涂布導(dǎo)體的制造中的主要問(wèn)題是超導(dǎo)材料的晶粒的結(jié)晶取向。為了具 有良好的超導(dǎo)性能，例如就臨界電流密度(Jc)和臨界電流(Ic)而言，超 導(dǎo)材料應(yīng)具有高度的取向或織構(gòu)，單個(gè)的晶粒基本上彼此平行地取向并且相 對(duì)于彼此的傾斜盡可能地小。優(yōu)選地，超導(dǎo)層具有雙軸織構(gòu)，即晶粒既相對(duì) 于表面的平面沿相同方向排列(a-b取向)又垂直于該平面(c軸取向)。

雙軸織構(gòu)的質(zhì)量通常由結(jié)晶面內(nèi)(in-plane)和面外(out-of-plane)的晶 粒間取向差(misorientation)角度來(lái)表示，該取向差角度反應(yīng)單個(gè)晶粒相對(duì) 于彼此的傾斜程度。取向差角度越小，層的織構(gòu)越好(“越明顯”)。

通常，織構(gòu)的程度由表征一層的晶粒的面內(nèi)和面外取向分布函數(shù)的X射 線衍射來(lái)確定。

基于X射線數(shù)據(jù)，可以獲得面內(nèi)φ掃描(Δφ)和面外搖擺曲線(Δω) 的半高寬(FWHM)的數(shù)值。各個(gè)FWHM數(shù)值越小，織構(gòu)越明顯。

待生長(zhǎng)層的取向可以通過(guò)外延生長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)。外延生長(zhǎng)是指待生長(zhǎng)層采用該 待生長(zhǎng)層生長(zhǎng)于其上的襯底或?qū)拥慕Y(jié)晶取向的工藝。

有兩種類(lèi)型的外延：同質(zhì)外延是指將層生長(zhǎng)在相同材料的襯底上，而異 質(zhì)外延是指將層生長(zhǎng)在不同材料的襯底上。

也就是，所生長(zhǎng)的層的結(jié)晶取向與該層沉積在其上的下層的結(jié)晶取向直 接相關(guān)。

因此，對(duì)于待外延生長(zhǎng)層的取向(織構(gòu))的質(zhì)量，下層即模板層的取向 的質(zhì)量是決定性的。

目前有兩種主要方法獲得所需的織構(gòu)。根據(jù)第一種方法，高織構(gòu)的緩沖 層通過(guò)需要高真空的直接物理涂布工藝(例如離子束輔助沉積(IBAD))沉 積在多晶隨機(jī)取向的襯底上。高織構(gòu)的緩沖層用于將期望的織構(gòu)轉(zhuǎn)移到生長(zhǎng) 在該緩沖層上的超導(dǎo)體層。此高真空沉積工藝需要昂貴的設(shè)備。此外，對(duì)長(zhǎng) 度大的襯底的涂布是困難的。

根據(jù)第二種方法，使用了高織構(gòu)的襯底，這種高織構(gòu)的襯底可以通過(guò)機(jī) 械加工例如RABiT(襯底的軋制輔助雙軸織構(gòu))來(lái)獲得。這里，襯底的織構(gòu) 轉(zhuǎn)移到緩沖層，然后轉(zhuǎn)移到沉積在其上的超導(dǎo)體層。由于此方法使用了外延 生長(zhǎng)，所以不再需要采用用于獲得期望取向的緩沖層的直接沉積工藝(例如 IBAD)。

本發(fā)明涉及基于適當(dāng)織構(gòu)的襯底的第二種方法。

已知有用于在(雙軸)織構(gòu)的襯底上生長(zhǎng)緩沖層的多種沉積方法。示例 有例如脈沖激光沉積、物理氣相沉積、電子束沉積和濺射的真空工藝以及例 如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)和化學(xué)溶液沉積(CSD)的非真空工 藝。

根據(jù)涂布導(dǎo)體制造的這一方法，襯底的織構(gòu)的質(zhì)量是允許形成超導(dǎo)性能 良好的高溫超導(dǎo)材料的活性層的基本特征。如果襯底的織構(gòu)差，就無(wú)法獲得 具有期望的良好排列取向的活性層，而良好的排列取向是超導(dǎo)性能的先決條 件。

然而，在使用織構(gòu)的襯底時(shí)存在問(wèn)題，即涂布導(dǎo)體的最終形狀已經(jīng)固定。 一旦襯底已經(jīng)被織構(gòu)，無(wú)法通過(guò)變形和退火使其成形，因?yàn)樵诔尚涡巫兤陂g 引入的缺陷在接著的退火期間消失從而破壞了織構(gòu)。然而，如上所述，無(wú)法 通過(guò)外延生長(zhǎng)在具有差的和/或有缺陷的織構(gòu)的襯底或下層上分別生長(zhǎng)良好 取向的層、緩沖層和活性層。

另外，目前襯底的織構(gòu)通過(guò)機(jī)械加工來(lái)進(jìn)行，機(jī)械加工需要平坦且規(guī)則 的表面。因此，如果襯底在加工之前例如成形為諸如圓形或多角形的彎曲不 規(guī)則形狀，則用于織構(gòu)的機(jī)械加工是困難的，或者甚至不再可用。