专利名称：硼化镁超导薄膜的双加热器原位化学气相沉积一步法工艺的制作方法
技术领域：
本发明是一种超导薄膜的制备方法，用双加热器化学气相沉积工艺一步原位制备大面积硼化镁(MgB2)超导薄膜。
二.
背景技术：
用化学气相沉积法制备大面积硼化镁超导薄膜方法，贵州大学已向知识产权局专利局提出专利申请，申请日2001.9.7，申请号01128831.0，在该专利中，采用两步法大面积制备硼化镁超导薄膜，即首先将单质硼沉淀在基片上，然后再将沉积好的硼薄膜基片和镁片密封在钽坩埚中，在一定条件下升温到一定温度，然后冷却至室温，即在硼薄膜基片上形成硼化镁超导薄膜，由于在生产超导薄膜的过程中，第一步先生成硼薄膜，然后第二步再生成硼化镁薄膜，工艺分两步进行，称之为两步法。
两步法制备超导薄膜的工艺与现有制备超导薄膜技术比较，具有工艺简单，过程容易控制，成本低，并可在大面积基片上生成超导薄膜等优点。
本发明的目的在于将原来两步法制备硼化镁超导薄膜的工艺改变成一步法制备硼化镁超导薄膜工艺，缩短工艺流程，简化工艺条件，降低成本，并同样能达到在大面积基片上生成合格超导硼化镁薄膜的效果。
本发明增大与微电子工艺的兼容性，使超导薄膜可直接用于高性能高速微电子系统三.
发明内容
1.基片及镁材料清洗基片可选用氧化镁(MgO)单晶，或钛酸锶(SrTiO3)单晶，或铝酸镧(LaAlo3)单晶，或氧化铝(Al2O3)单晶，或不锈钢片，基片和镁材料(镁99.9％)清洗用常规半导体工艺中的清洗液清洗，然后氮气吹干。
2.双加热器方案基片和镁材料用两个加热器分别加热，分别称基片加热器和镁材料加热器，加热器温度分别控制，基片加热器采用辐射式局部加热方式，温度范围400～550℃，温度高低根据不同基片要求由外电路控制。镁材料加热器采用高频感应加热或电阻加热，加热的温度范围650～1000℃，根据对镁蒸气压的要求由外电路控制。
3.硼化镁超导薄膜的制备将基片加热器和镁材料加热器置于化学气相沉积室内，将基片和镁材料分别置于基片加热器和镁材加热器上，在常压化学气相沉积条件或低压化学气相沉积条件下进行化学气相沉积，常压化学气相沉积在基片加热前要先用氩气冲洗气相沉积系统1小时，以保证系统的清洁度。低压化学气相沉积室要抽本底真空至13-3Pa以下。在沉积室内，基片加热器升温至400℃～550℃之间。基片加热器升温的同时，镁材加热器缓慢升温至600℃，然后根据镁蒸汽压的要求将镁材加热器升温至650～1000℃之间，监测镁蒸气分压达到预定值后，通入乙硼烷(B2H699％)气体。这时硼化镁超导薄膜开始淀积在基片上。淀积时间控制在10到40分钟之间，具体时间根据薄膜厚度确定。关闭乙硼烷气体，降低镁锭加热器温度至600℃以下。基片加热器恒温450度左右20～30分钟。关闭所有电源。
化学气相沉积室的气压略高于常压，亦可用于硼化镁超导薄膜的沉积。
4.检测肉眼观察到硼化镁超导薄膜表面均匀平整光亮。描电镜观察薄膜表面，可观测到薄膜表面均匀密集的六角型MgB2晶粒结构。X射线衍射谱表明，已经生成了MgB2超导晶相结构。用四样针法测量超导特性，超导转变温度(零电阻温度)在25K(多晶粒不锈钢基片)到39K(单晶基片)之间。
四.实施例1.将氧化铝(Al2O3)单晶基片用配制的Hcl∶H2O2∶H2O＝1∶2∶5的清洗液清洗，然后用配制的NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶5的清洗液清洗，除去基片上的杂质，清洗后用氮气吹干。镁材料加工成Φ8mm×长8mm的镁粒，用10～15％的稀盐酸洗净表面氧化层，再用蒸馏水洗净，用氮气吹干后置于充氮的操作箱内。
2.将清洗好的氧化铝单晶基片置于基片加热器上，基片加热器采用辐射式局部加热方式，温度范围400～550℃。将清洗好的镁粒置于镁材料加热器上，加热采用电阻加热，加热范围650～1000℃。
3.将常压化学气相沉积室用氮气冲洗1小时，然后将放有基片的基片加热器和放有镁粒的镁材加热器置于沉积室内，将基片加热器升温到400～550℃，同时将镁材加热器升温到600℃左右，通入乙硼烷气体，这时将镁材料加热器提高温度到700℃，约30分钟，可以观察到白色基片表面硼化镁超导薄膜生成，颜色变至黑褐色，然后关闭乙硼烷气体，降低镁材料加热器温度至600℃以下，基片加热器恒温450度20～30分钟，关闭所有电源。
取出超导薄膜进行检测，用四样针法测量超导特性，超导转变温度(零电阻温度)～39K。
权利要求
1.一种化学气相沉积硼化镁超导薄膜的制备方法，其特征为，将基片置于基片加热器上，将镁材置于镁材料加热器上，将基片加热器和镁材料加热器置于化学气相沉积室内，在双加热器加热的同时通入乙硼烷气体，产生的硼化镁气体逐步淀积到基片上，一步获得硼化镁超导薄膜。
2.根据权利要求1所述的化学气相沉积硼化镁超导薄膜的制备方法，其特征是基片加热采用辐射式局部加热方式，基片温度范围400°～550℃，镁锭加热采用高频感应加热或电阻加热，温度600℃～1000℃。
3.根据权利要求1所述的化学气相沉积硼化镁超导薄膜的制备方法，其特征是将基片加热器和镁材料加热器置于常压或低压化学气相沉淀室内，进行化学气相淀积形成超导薄膜。
全文摘要
本发明是一种超导薄膜的制备方法，利用双加热器化学气相沉积一步法工艺制备大面积硼化镁超导薄膜。将基片和镁粒置于双加热器上，双加热器置于化学气相沉积室内，进行原位化学气相沉积，形成的硼化镁超导薄膜转变温度(零电阻温度)在25K～39K之间，可将薄膜直接应用于高性能超高速微电子系统中。
文档编号H01B12/00GK1542162SQ03117799
公开日2004年11月3日 申请日期2003年4月29日 优先权日2003年4月29日
发明者傅兴华, 张正平, 杨健 申请人:贵州大学