[发明专利]一种用于测量铁基超导单晶面内电学性质的样品器件的制备方法

说明书

本发明提供了一种用于测量铁基超导单晶面内电学性质的样品器件的制备方法。本发明的制备方法包括：将铁基超导单晶材料大幅减薄，在其平整的解理面上镀金，光刻并通过氩离子束刻蚀制作环形电极，再通过热蒸发仪喷镀绝缘层，光刻并制作第二层绝缘层作为电极保护层，最后通过光刻在保护层上制作引出电极图案，从而制备得到铁基超导微纳单晶测量器件。本发明以微纳加工技术作为基本工具，根据测量铁基超导单晶材料遇到的多种问题对电极方案进行了针对性改进。通过大幅减薄样品，制作电极并制作双层绝缘层电极结构，就可以得到铁基超导微纳单晶测量器件。这种完全基于微纳加工制备的器件能够解决测量铁基超导超导向列态时遇到的多种实验技术难题。

技术领域

本发明涉及一种用于测量铁基超导单晶面内电学性质的样品器件的制备方法，属于铁基超导体物性测量技术领域。

背景技术

铁基超导体是当前十分热门且充满前景的高温超导材料，不仅在凝聚态物理学科中具有重要的学术价值，在能源与信息等产业中也具有广阔的应用前景，能够深刻地改变人们的生活。在十余年国内外学者的不懈努力下，有关铁基超导体的性质研究与应用技术已有了大量的积累，然而由于铁基超导的核心问题—超导电子配对机制还未能得到妥善解决，更加深入的材料调控与大规模应用仍缺少来自基础研究的支撑而停滞不前。

目前，铁基超导体的超导电子波函数到底具有何种对称性还颇具争议，有关其超导态下电子结构的各向异性，即超导向列态的研究被认为是探索铁基超导机制的重要研究方向。研究材料的输运特性是超导研究的起点和基石，然而在输运特性测试超导向列态方面目前却罕见相关研究。其中最主要的限制是来自于测试手段，由于超导向列态的输运性质主要表现在外加磁场下样品的磁电阻，而传统的样品处理及电极制备无法有效精确地测量信号，给相关的研究造成了很大的障碍。

具体来说，由于铁基超导体金属性强、上临界场高、电流密度大、各向异性程度小，采用类似体系中传统的块体单晶输运测试方法(H.-H.Kuo et al.,Science 352,958(2016))，电学信号将会极为微弱，常用的四电极法电流分布会引入受到外加磁场产生的洛伦兹力的干扰，而传统的环形电极制备过程中会导入接触电阻以及额外飞线的不确定性因素(Madon,B.,et al.,Physical Review B 98.22(2018):220405.)等，诸多实验上的难题限制了铁基超导磁场下的超导向列态研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何制备一种用于测量铁基超导单晶面内电学性质的样品器件，以解决传统的铁基超导体样品处理及电极制备无法有效精确地测量信号等问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于测量铁基超导单晶面内电学性质的样品器件的制备方法，包括：将铁基超导单晶材料减薄，在其平整的解理面上镀金，光刻并通过氩离子束刻蚀制作环形电极，再通过热蒸发仪喷镀绝缘层，光刻并制作第二层绝缘层作为电极保护层，最后通过光刻在保护层上制作引出电极图案，从而制备得到铁基超导微纳单晶测量器件。

优选地，所述减薄为减薄至微米级～纳米级厚度，所述绝缘层为一氧化硅。

优选地，包括如下步骤：

步骤1：将铁基超导块体单晶利用Scotch胶带沿c轴方向解理成微米级厚度的薄片，利用Epoxy胶将所得薄片粘贴到硅片表面，将粘贴好的样品烘烤，待Epoxy胶固化；用镊子取下后利用Epoxy胶平整地粘贴到新鲜干净的硅片表面；将粘贴好的样品置于加热台上烘烤，待胶固化；

步骤2：固化完成后，将样品用Scotch胶带解理出新鲜平整的单晶表面，并减薄至纳米级厚度，然后蒸镀一层金膜；

步骤3：将光刻胶旋涂在步骤2所得的样品上，通过紫外光刻曝光出圆形的样品待测区域，显影后放入氩离子束刻蚀机中刻蚀，再将刻蚀好的样品置入丙酮去胶，得到圆形覆金样品；