一种在高温超导ReBa₂Cu₃O₇薄膜上非原位镀制贵金属膜的方法

专利名称：一种在高温超导ReBa₂Cu₃O₇薄膜上非原位镀制贵金属膜的方法
技术领域：
本发明属于薄膜器件加工领域，具体来说，涉及一种在高温超导 ReBa2Cu3CV薄膜(Re为Y、 Gd、 Nd、 Dy、 Eu等稀土元素)上非原位镀制贵
金属膜(金属金、银、铂等)的方法。
背景技术：
高温超导体薄膜在超导态具有很低的微波表面电阻，可以用来制备 性能优良的微波器件，如谐振器、滤波器等。在这一类的应用中， 一方 面需要制备高性能大面积的高温超导双面薄膜，另一方面还要在超导薄 膜上镀制一层金属薄膜作为器件的电极。为了制备性能良好的器件，需 要在超导薄膜和金属薄膜层之间具有良好的电接触，通常镀制贵金属膜 要采用原位镀制的方法，即完成高温超导薄膜的生长后，在取出制样室 之前直接在超导薄膜的表面镀制一层贵金属薄膜(通常是金、银、铂等 薄膜)，这时由于高温超导体薄膜的表面尚未接触大气，表面清洁，所以 可形成低接触电阻的界面。
然而在很多情况下，不能够采用直接原位镀制的方法。例如，为了 表征薄膜的微波性能，需要测量微波表面电阻，而这需要在无金属薄膜 的情况下进行。当采用非原位镀制金膜时，由于高温超导薄膜的表面接 触大气，容易被污染，例如，最常用于微波器件的高温超导薄膜材料 ReBa2Cu307 (Re为Y、 Gd、 Nd、 Dy、 Eu等稀土元素)对水汽较为敏感。空
气中的水蒸汽会使薄膜的表面受到氢碳化合物和碳化合物的污染。电子 显微镜的研究显示，暴露空气的ReBa2Cu307薄膜表面很快会形成5nm厚的 一薄层非超导的类非晶相。如果这样在其上面镀制贵金属薄膜，则贵金
属膜与高温超导ReBa2Cii307薄膜材料之间的电接触就会很差，形成较大的 界面电阻，不利于制备性能良好的超导微波器件。
因此，为了降低非原位镀制的贵金属膜和高温超导ReBaAi307薄膜 之间的界面接触电阻，有必要研制一种新的薄膜镀制方法。

发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在高温超导 ReBaAi307薄膜(Re为Y、 Gd、 Nd、 Dy、 Eu等稀土元素)上非原位镀制贵 金属膜的方法，该方法可以有效地降低界面接触电阻。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案
本发明的在高温超导ReBa2Cu307薄膜上非原位镀制贵金属膜的方法， 其中Re为Y、 Gd、 Nd、 Dy、 Eu等稀土元素，包括以下步骤
1) 真空室内先将高温超导ReBa2Cu307薄膜在高于5x10—5Pa真空度下 以每分钟50。C的升温速度加热至500土50T,保持约3分钟，然后降温至 室温；
2) 原位镀制贵金属膜。
其中，戶万述ReBa2Gu307薄月莫为YBa2Gu307， GdBa2Gu307， NdBa2Gu307， DyBa2Cu307, EuBa2Cii307等薄膜。 其中，所述贵金属为金、银、铂等。
其中，所述贵金属膜的镀制可采用磁控溅射、电子束蒸发和脉冲激 光沉积等方法。
其中，所述贵金属膜的厚度为100-200nm。
该方法对于在暴露过大气的ReBa2Cu307薄膜(厚度通常为 300nm-600nm)特别是YBa2Cib07薄膜上镀制贵金属膜并降低接触电阻是一 种有效的方法。本发明的有益效果是因薄膜表面暴露大气受污 染而形成的约5nm厚的表面类非晶层，经本方法处理后表面的 类非晶层会逐渐相变成类体内的正交结构(本发明起着修复表 面结构的作用)，获得原子层面的清洁表面。在没有类非晶层的 表面上镀制贵金属薄膜(包括其他氧化物薄膜)除了能降低电
极引线与超导薄膜制成的元器件之间的接触电阻外，还因它能提高 贵金属薄膜与超导薄膜之间的附着性(不易脱落)才有可能使 超导器件的可靠性和重复性满足工业生产的要求，实现超导电 子器件从实验室走向市场的目的。


1、本发明中接触电阻用四引线法测量示意图1;
其中，S--—高温超导薄膜； M—--贵金属薄膜； 1，2，3，4一一 四根测量引线；电流从1端流入经2端流出，3和4端为电压测量端。
具体实施例方式
以下结合实施例和测量示意图1，对本发明的在高温超导ReBa2Cu307 薄膜上非原位镀制贵金属膜的方法进行详细说明。
实施例1
在高于5x10—5Pa真空度的真空室内以每分钟50T的升温速度将厚度 为300-600nm的高温超导YBa2Cu307薄膜(示意图1中的S)加热至500±50°C 并保持约3分钟，然后降温至室温；最后在相同真空度的条件下，采用 磁控溅射法溅射镀制厚度为200nm的金属金薄膜(示意图1中的M)。所 述溅射法没有特别限制，可采用本领域公知的溅射工艺来完成，这里不 再赘述。高温超导YBa2Cu307薄膜和金属金膜的界面电阻可以通过制备超 导薄膜与贵金属薄膜交叉的样品(如图1 (a)所示)或制成平面结构的 样品(如图l(b)所示)用标准的四引线法测量。 一般没有处理过的样品 其值约为1(TQ.cm2量级.通过这种方法处理，界面电阻能够得到很好的 改善。 一般有一个数量级的降低。低能离子散射谱研究表明，经500 T 的温度下退火，可以使YBa2Cu307的晶体表面分解形成的类非晶相重新结 晶形成与体结构一样的晶相(参照S. Tanaka， T. Nakamura， and M. liyama. Appl. Phys. Lett, pp 3637， 59(27)， 1991.)。 实施例2
将厚度为300-600nm的高温超导NdBa2Cu307薄膜在高于5x10—卞a真空
度的真空室内以每分钟50T的升温速度加热至50(TC，保持3分钟，然 后降温至室温。原位采用电子束蒸发法镀制厚度为200nm的金属银薄膜， 电子束蒸发法可采用本领域公知的工艺来完成，这里不再赘述。通过这 种方法获得的高温超导NdBa2Cu307薄膜和金属银膜的界面电阻同样可以 采用上述的测量法测量。接触电阻也可以获得一个数量级的改善。电子 显微镜的研究表明，经500。C的温度下退火，可以使NdBa2Cii307的晶体表 面分解形成的类非晶相重新结晶形成与体结构一样的晶相。 实施例3
在高于5x10—5Pa真空度的真空室内以每分钟50 。C的升温速度将高温 超导YBa2Cu^薄膜加热至500。C，保持3分钟，然后降至室温。原位采用 磁控溅射方法镀制100nm厚的金属铂膜。磁控溅射沉积法可采用本领域 公知的工艺来完成，这里不再赘述。通过这种方法获得的高温超导 YBa2Cu307薄膜和金属钼膜的界面电阻也用上述测量方法测量。接触电阻也 可以获得相同的量级的改善。
另外，上述的实施例只是用具体的实例来说明本发明，它不应该理 解为是对本发明的保护范围进行任何限制。而且，熟悉该技术的人们可 以明白，在不脱离本发明精神和原理下，对本发明所进行的各种等效变 化、变型以及在文中没有描述的各种改进均在本专利的保护范围之内。
权利要求
1、一种在高温超导ReBa2Cu3O7薄膜上非原位镀制贵金属膜的方法，其中Re为选自Y、Gd、Nd、Dy、Eu中的一种或多种稀土元素，包括以下步骤1)真空室内先将高温超导ReBa2Cu3O7薄膜在好于5×10-5Pa真空度下以每分钟50℃的升温速度加热至500±50℃，保持3分钟，然后自然降温至室温；2)在高于5×10-5Pa真空度时镀制贵金属薄膜。
2、 如权利要求l所述的方法，其中，所述ReBa2Cu3(V薄膜为YBa2Cu307， GdBa2Cu307， NdBa2Cu307， DyBa2Cu307, EuBa2CuA等薄膜。
3、 如权利要求1或2所述的方法，其中，所述贵金属为金、银、铂。
4、 如权利要求1或2所述的方法，其中所述ReBa2Ob07薄膜的镀制可采 用磁控溅射、电子束蒸发和脉冲激光沉积方法。
5、 如权利要求3所述的方法，其中，所述贵金属膜的镀制可采用磁控溅 射、电子束蒸发和脉冲激光沉积方法。
6、 如权利要求1或2所述的方法，其中，所述ReBa2Cu307膜的厚度为 300-600nm。
7、 如权利要求3所述的方法，其中，所述贵金属膜的厚度为100-200nm。
全文摘要
本发明公开了一种在高温超导ReBa₂Cu₃O₇薄膜上非原位镀制贵金属膜的方法，其中Re为Y、Gd、Nd、Dy、Eu等稀土元素，包括以下步骤1)在高于5×10^-5Pa真空度的真空室内先将高温超导ReBa₂Cu₃O₇薄膜以每分钟50℃的升温速度加热至500±50℃，保持3分钟，然后降温至室温；2)镀制贵金属膜。该方法可以有效地改变因暴露大气而形成的表面层的晶体结构(从非晶结构相变为类体内的正交结构)，获得导电性很好的表面层。最终，降低高温超导ReBa₂Cu₃O₇薄膜与贵金属膜之间的接触电阻。
文档编号C23C14/18GK101182626SQ200710178450
公开日2008年5月21日 申请日期2007年11月30日 优先权日2007年11月30日
发明者洁 李, 绍 李, 萍 王, 王瑞兰, 田海燕, 郑东宁, 陈莺飞, 黎松林 申请人:中国科学院物理研究所