[發(fā)明專利]一種制備柔性超導(dǎo)薄膜的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210384063.2
• 申請日: 2012-10-11
• 公開（公告）號: CN102867907A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈小氫;梁蘭菊;金飚兵;康琳;吳培亨
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: H01L39/24
• 分類號: H01L39/24;C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 夏雪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備柔性超導(dǎo)薄膜的方法。

背景技術(shù)

超導(dǎo)薄膜因其具有優(yōu)越的電磁學(xué)特性，廣泛應(yīng)用于制備各種超導(dǎo)器件與電路，如超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)，超導(dǎo)量子干涉器，超導(dǎo)熱電子測輻熱儀，超導(dǎo)單光子探測器，超導(dǎo)濾波器，超導(dǎo)量子電路，超導(dǎo)電磁隱身器件等。一般的超導(dǎo)薄膜均制備在剛性的基片上，因而無法彎曲，可容許的形變非常之小。不同超導(dǎo)材料經(jīng)常需要制備在不同基片之上，限制了混合使用不同超導(dǎo)材料的工作場合。因為固定在特定基片上，其可移植性、及與硅工藝兼容性上都有一定的限制。這些缺陷進(jìn)一步限制了基于超導(dǎo)薄膜的相關(guān)器件的應(yīng)用場合。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種制備柔性超導(dǎo)薄膜的方法，可以制備出厚度(微米量級)可控的柔性超導(dǎo)薄膜，并且聚酰亞胺層方便進(jìn)行進(jìn)一步微加工操作(如通過刻蝕等工藝制備諧振腔)，可以制備更復(fù)雜的超導(dǎo)器件，擴(kuò)大超導(dǎo)薄膜及器件的應(yīng)用場合和范圍。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種制備柔性超導(dǎo)薄膜的方法，包括如下步驟：

(1)清洗基片，去除基片表面的有機(jī)污染物；

(2)在所述基片上涂覆聚酰亞胺膜并進(jìn)行固化；

(3)在涂覆聚酰亞胺膜的基片上濺射氮化鈮超導(dǎo)薄膜；

(4)去除基片：將基片和聚酰亞胺膜剝離。

進(jìn)一步的，所述步驟(1)中，分別用丙酮、酒精和去離子水超聲清洗基片。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)中，采用旋轉(zhuǎn)涂法涂覆聚酰亞胺膜。

進(jìn)一步的，所述步驟(3)中，先聚酰亞胺的基片依次用丙酮和氬離子清洗，再直流磁控濺射氮化鈮超導(dǎo)薄膜。

進(jìn)一步的，所述步驟(3)中，磁控濺射室的真空度小于等于2×10^-5Pa，工作氣體是氬氣和氮?dú)猓瑸R射氣壓是0.27Pa，濺射電流是0.65A的恒定電流，沉積速率是對基片進(jìn)行循環(huán)水冷處理，靶材到基片的距離是55mm。

進(jìn)一步的，所述步驟(4)中，用純HF酸溶液浸泡濺射氮化鈮超導(dǎo)薄膜的基片。更進(jìn)一步的，浸泡的時間約為15分鐘。

進(jìn)一步的，所述基片為硅基片。

有益效果：本發(fā)明既可以控制聚酰亞胺層的厚度，也可以控制超導(dǎo)薄膜的厚度。此方法還可以推廣到其它超導(dǎo)材料，對原始襯底也沒有太多限制(不同襯底可以更換剝離溶液)。此方法簡單、有效，得到的大面積、高質(zhì)量柔性超導(dǎo)材料可以廣泛應(yīng)用于制備各種超導(dǎo)器件，也可以方面的移植、粘貼到各種其他電路中，可以擴(kuò)大超導(dǎo)薄膜器件的應(yīng)用場合和范圍。

附圖說明

圖1為濃度為3600粘度(厘泊)聚酰亞胺轉(zhuǎn)速與膜厚關(guān)系圖；

圖2(A)和圖2(B)分別為硅襯底上厚度為1um和4um的聚酰亞胺的AFM(Atomic?Force?Microscope，原子力顯微鏡)照片；

圖3為硅襯底上厚度為1μm的聚酰亞胺上不同厚度的氮化鈮薄膜的電阻-溫度曲線圖；

圖4(A)至圖4(C)均為剝離后的柔性超導(dǎo)薄膜的照片。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。

聚酰亞胺是一種分子主鏈中含有酰亞胺環(huán)狀結(jié)構(gòu)的環(huán)鏈聚合物，被廣泛應(yīng)用于航天航空、電子電器、機(jī)電、汽車等工業(yè)中。聚酰亞胺是綜合性能最佳的有機(jī)高分子材料之一，絕緣性能與柔韌性好，耐高溫達(dá)400℃以上，也可耐極低溫，在-269℃的液態(tài)氦中不會脆裂，介電常數(shù)約為3.1，介電損耗0.05左右。特別是在太赫茲頻段，聚酰亞胺因其柔韌性、相對較低的折射率與吸收系數(shù)等特性被廣泛用于基底以及絕緣層等方面。

氮化鈮薄膜是目前應(yīng)用廣泛的超導(dǎo)薄膜，我們這里提出一種利用聚酰亞胺工藝與磁控濺射氮化鈮薄膜相結(jié)合制備柔性超導(dǎo)薄膜的方法。

具體步驟如下：

(1)清洗基片

硅基片清洗：分別用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗，時間為各3分鐘左右，去除表面的有機(jī)污染物，使得基片(也稱“襯底”或“基底”)拋光面潔凈，這樣才能使聚酰亞胺牢固地粘在硅片上，也可防止聚酰亞胺膜產(chǎn)生針孔現(xiàn)象。

(2)涂聚酰亞胺與固化