[发明专利]改善高温超导薄膜晶片性能的方法

说明书

本发明涉及一种改善沉积后的高温超导(HTS)薄膜性能的方法。更具体地，本发明涉及一种降低已制得的HTS薄膜粗糙度的方法，该方法使用称作小角度离子切削(LAIM)的惰性离子束蚀刻技术。

用惰性离子束蚀刻具有图案的HTS晶片是现有技术中公用的。例如见《砷化镓加工技术》(R.E.Williams著，Artech House出版社，1984年)。在现有技术中一般情况下，离子束方向垂直于表面，尽管较佳的实际应用要求束径大于被处理的膜。在现有技术中也已知将惰性离子束蚀刻技术应用于在涂覆于HTS上的图案中产生有形的三维结构，有时使离子束偏离垂直入射角。例如，Goodyear等人公开了偏离垂直方向达45°的离子束入射角(IEEE Transactions on Applied Superconductivity，第5卷第3143页，1995年6月)。也可见M.S.Dilorio等人的文章(Applied Physics Letters，第67卷，1995年9月25日)。

上述参考文献所举例的现有技术中的惰性离子束的用途涉及直接使用这种离子束在HTS膜表面上产生结构并刻出图案。本发明的方法与之相反，是使用远离垂直方向(即60-85°)的入射角的惰性离子束从HTS膜表面去除凸出的部分。具体地，与现有技术中惰性离子束的用途不同，本发明提供了将惰性离子束用于从HTS膜上去除表面粗糙物(即结构)的用途。

在制造HTS薄膜的技术中，已知的是用沉积和凝固技术的各种复合的方法将超导成分的元素加入最终超导膜中。例如见W.L.Holstein等人的文章(Materials Research Society Symposium Proceeding，第275卷，1992)和T.Suzuki等人的文章(Proceedings of the SixthInternational Symposium on Supercoonductivity，1993年10月)。这种方法制备的HTS膜的表面通常是粗糙的，因为在沉积过程中形成分枝和缺陷。对于用已知的二步后退火方法沉积的Tl₂Ba₂CaCu₂O₈ HTS膜更是如此，该方法在Zhi-Yuan Shen著《高温超导微波电路》第2章(Actech House出版，1994)中以及W.L.Holstein等人于“1992应用超导会议(1992年8月)”的论文中有说明。已经发现，在该技术的应用中，由于存在表面粗糙度，HTS膜的微波表面阻抗是起有害作用的。因此本发明提供了一种新的去除HTS膜表面粗糙物的方法，并改善(即降低)这种膜的微波表面阻抗。

本发明提供了一种降低HTS薄膜粗糙度的方法，因此使被处理的HTS薄膜的微波表面阻抗得到所希望的减小，该方法是将该膜暴露于惰性离子束中，该离子束的入射角对于该膜平面不大于30°(即偏离垂直方向至少60°)。因此，本发明提供了一种改善HTS膜功率保持容量的方法，以及通过提供一种对具有过大表面阻抗的膜的再加工的后续制备方法而改善了生产率。

在一个实施方案中，本发明基本上包括一种去除HTS薄膜表面粗糙度的方法，该方法将该膜暴露于惰性离子束中，该离子束的入射角相对于该薄膜表面5-约30°。

在另一实施方案中，本发明包括一种减小HTS薄膜的微波表面阻抗的方法，该方法包括以下步骤：a)在HTS薄膜表面涂覆一保护涂层；和b)将该涂覆的薄膜暴露于惰性离子束中，该离子束的入射角相对于该涂覆的薄膜表面为5-约30°。

图1A和1B表示在进行本发明处理之前和之后的HTS膜的示意图。

图2是一连接板的部分截面垂直剖视图，该连接板用于在本发明的暴露步骤中将HTS膜定位。

尽管本发明的优选实施方案涉及铊钡钙铜氧化物膜，对于本技术领域的技术人员来讲，本文所述的技术可容易地适用于其它的这类超导膜，因为经过这种处理可获得益处，这点是很显然的。

如前所述，已知的是，HTS膜表面通常是粗糙的，这是因为在沉积过程中形成了分枝和缺陷。还知道，存在于所给定膜表面上的不规则度或粗糙度的程度是该HTS膜的过大电阻抗的决定因素。该过大的电阻抗定义为超过无缺陷膜的阻抗的那部分阻抗。发现在该技术领域的实际应用中，给定的一组制备条件均产生相同尺寸的表面形貌，尽管这种特征的数量可以从一个膜到另一个膜产生明显的变化，如微波表面阻抗(“MSI”)从一个试样到另一个试样会有明显的变化所表明的那样。