一种铋锶钙铜氧高温超导薄膜微细图形的制备方法技术

本发明专利技术的公开了一种铋锶钙铜氧高温超导薄膜微细图形的制备方法，包括以下步骤：步骤1：制备Bi‑2212感光溶胶；步骤2：采用浸渍提拉法在铝酸镧单晶基板上制备Bi‑2212凝胶薄膜；步骤3：将得到的Bi‑2212凝胶薄膜在80℃～100℃下干燥1～3min，通过特定形状的掩膜板在波长为240～460nm的紫外光下辐照10～40min，之后在甲醇和异丙醇的混合溶液中溶洗，即可获得Bi‑2212凝胶薄膜的微细图形；步骤4：将制备好的Bi‑2212薄膜的微细图形在特定的热处理温度和热处理气氛条件下进行热处理，即得。该方法能够实现Bi‑2212超导薄膜与其微细图形的同时，又可以使其保持良好的超导性能。

Preparation method of bismuth strontium calcium copper oxide high temperature superconducting thin film fine pattern

The invention discloses a preparation method of bismuth strontium calcium copper oxide high temperature superconducting thin film fine patterning, which comprises the following steps: Step 1: preparation of Bi 2212 photosensitive sol; step 2: preparation of Bi 2212 2212 gel film on the surface of lanthanum aluminate single crystal substrate by impregnation and pulling method; step 3: the Bi 2212 2212 gel film is obtained from 80 to 100 degrees centigrade. The next drying is 1 ~ 3min, irradiating 10 to 40min through a specific shape mask plate at ultraviolet wavelengths of 240 to 460nm, and then dissolving in the mixed solution of methanol and isopropanol, and then obtaining the fine graphics of Bi 2212 2212 gel film; step 4: the fine pattern of the prepared Bi 2212 film is processed at a specific heat treatment temperature. Heat treatment is carried out under heat treatment atmosphere. This method can not only realize the fine pattern of Bi_2212 superconducting film, but also keep good superconducting performance.

【技术实现步骤摘要】
一种铋锶钙铜氧高温超导薄膜微细图形的制备方法
本专利技术属于薄膜材料的微细加工方法
，具体涉及一种铋锶钙铜氧高温超导薄膜微细图形的制备方法。
技术介绍
Bi2Sr2CaCu2O8+δ(Bi-2212)超导材料除了其具有良好的超导性能还具有本征约瑟夫森效应，被广泛应用于微电子领域，如超导滤波器、超导量子干涉仪、太赫兹器件等微电子器件。Bi-2212高温超导薄膜应用于超导微电子器件时往往需要对其进行微细加工以获得所需要的微细图形。高温超导薄膜用于超导微电子器件时往往需要对其进行微细加工以获得所需要的的微细结构。传统的微细图形的加工方法主要有化学刻蚀、离子束刻蚀、激光刻蚀，电子束光刻。利用这些工艺可以获得微米、亚微米级的超导薄膜微细结构，但是无法避免化学剂或离子束对薄膜形貌和性能的损害。由于Bi-2212超导材料含有多种元素，成分比较复杂，采用干法刻蚀往往会导致其超导性能下降，采用湿法刻蚀又难以获得规整的图形。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种铋锶钙铜氧(Bi2Sr2CaCu2O8+δ)高温超导薄膜微细图形的制备方法，该方法能够实现Bi-2212超导薄膜与其微细图形的同时，又可以使其保持良好的超导性能。本专利技术所采用的技术方案是，一种铋锶钙铜氧高温超导薄膜微细图形的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：制备以醋酸铋、醋酸锶、醋酸钙和醋酸铜为原料，丙烯酸为化学修饰剂，甲醇为溶剂的Bi-2212感光溶胶；步骤2：采用浸渍提拉法在铝酸镧单晶基板上制备Bi-2212凝胶薄膜；步骤3：将得到的Bi-2212凝胶薄膜在80℃～100℃下干燥1～3min，通过特定形状的掩膜板在波长为240～460nm的紫外光下辐照10～40min，之后在甲醇和异丙醇的混合溶液中溶洗，即可获得Bi-2212凝胶薄膜的微细图形；步骤4：将制备好的Bi-2212薄膜的微细图形在特定的热处理温度和热处理气氛条件下进行热处理，即得。本专利技术的特点还在于，步骤1的具体实施方法如下：步骤1.1，铋溶液的制备：以醋酸铋：丙烯酸：甲醇＝1:(10～30)：(20～40)的摩尔比例混合搅拌得到铋溶液，金属铋与丙烯酸在溶液中形成配位化合物；步骤1.2，锶溶液的制备：以醋酸锶：丙烯酸：甲醇＝1:(10～40)：(20～40)的摩尔比例混合搅拌得到锶溶液；步骤1.3，钙溶液的制备：以醋酸钙：丙烯酸：甲醇＝1:(10～20)：(10～30)的摩尔比例混合搅拌得到钙溶液；步骤1.4，铜溶液的制备：以醋酸铜：丙烯酸：甲醇＝1:(3～10)：(40～80)的摩尔比例混合搅拌得到铜溶液，金属铜与丙烯酸在溶液中形成配位化合物；将上述步骤1.1～1.4得到的铋溶液、锶溶液、钙溶液和铜溶液按金属离子摩尔比为2:2:1:2的比例混合，在室温条件下搅拌后得到Bi-2212溶胶，铋配位化合物和铜配位化合物存在于溶胶中。步骤4的具体实施方法如下：步骤4.1，将步骤3得到的Bi-2212薄膜的微细图形放入管式炉，以2～10℃/min的速度升温至350℃～450℃，同时将高纯氮气通入炉内；步骤4.2，待步骤4.1结束之后，即以5～20℃/min的速度使炉内温度由第一步的350℃～450℃升至550℃～600℃并保温30～60min，并在升温的同时将通入炉内的气氛切换为混合气氛A；步骤4.3，保温30～60min之后，继续以5～20℃/min的速度使炉内温度由步骤4.2中的550℃～600℃升至760℃～840℃，并在升温的同时将通入炉内的混合气氛A切换为混合气氛B，升温至760℃～840℃之后保温40min～120min，保温结束前20分钟将混合气氛B切换成混合气氛C；步骤4.4，随炉降温到550℃，将混合气氛C切换为高纯氧气，并在500℃保温40min～180min，最后随炉降温到室温，即可获得超导临界转变温度为80K～86K的图形化的Bi-2212超导薄膜。步骤4.2中，混合气氛A按体积百分比由以下组分组成：1～10％的水蒸气和余量为高纯度氧气，以上组分体积百分比之和为100％。步骤4.3中，混合气氛B按体积百分比由以下组分组成：0.01～5％的高纯氧气、1～10％的水蒸气和余量的高纯氮气，以上组分体积百分比之和为100％。步骤4.3中，混合气氛C按体积百分比由以下组分组成：0.01～5％的氧气和余量的高纯氮气，以上组分体积百分比之和为100％。步骤4的具体实施方法中，所使用的高纯氮气的纯度为：99.999％；所使用的高纯氧气的纯度为：99.999％。步骤3中，甲醇和异丙醇的混合溶液中，甲醇与异丙醇的体积比为8:(1～2)。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术采用化学修饰法与Sol-Gel法结合，可实现Bi-2212超导薄膜与其微细图形的同时制备，得到的Bi-2212(Bi2Sr2CaCu2O8+δ)薄膜的微细图形边缘规则整齐，且热处理之后得到图形化的Bi-2212薄膜具有良好的超导性能。(2)本专利技术提供一种新的微细图形的制备方法，即将化学修饰法与Sol-Gel法结合，既可以实现用Sol-Gel法制备Bi-2212薄膜的同时获得其微细图形，又可以避免化学剂或离子束对薄膜形貌和性能的损害。(3)本专利技术方法通过合成金属铋和金属铜与丙烯酸的金属配位化合物，并使其稳定存在于Bi-2212的溶胶之中，从而导致其凝胶薄膜的紫外感光性。紫外光通过掩膜照射对Bi-2212凝胶薄膜进行曝光，感光螯合物发生分解，其在有机溶剂中的溶解度发生变化，曝光部分被完整的保留下来，未曝光的部分被有机溶剂溶解，从而获得Bi-2212凝胶薄膜的微细图形。最后将得到的图形化的Bi-2212凝胶薄膜在特定的工艺条件下进行热处理，得到图形化的Bi-2212超导薄膜。附图说明图1是本专利技术方法中薄膜微细图形加工工艺流程图；图2是本专利技术方法中Bi-2212薄膜热处理工艺图；图3是采用本专利技术方法制得的超导临界温度为86K的图形化Bi-2212超导薄膜的R-T曲线；图4是采用本专利技术方法制得的超导临界温度为83K的图形化Bi-2212超导薄膜的R-T曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供一种铋锶钙铜氧高温超导薄膜微细图形的制备方法，如图1-2所示，包括以下步骤：步骤1：制备以醋酸铋、醋酸锶、醋酸钙和醋酸铜为原料，丙烯酸为化学修饰剂，甲醇为溶剂的Bi-2212感光溶胶；步骤1的具体实施方法如下：步骤1.1，铋溶液的制备：以醋酸铋：丙烯酸：甲醇＝1:(10～30)：(20～40)的摩尔比例混合搅拌得到铋溶液，金属铋与丙烯酸在溶液中形成配位化合物；步骤1.2，锶溶液的制备：以醋酸锶：丙烯酸：甲醇＝1:(10～40)：(20～40)的摩尔比例混合搅拌得到锶溶液；步骤1.3，钙溶液的制备：以醋酸钙：丙烯酸：甲醇＝1:(10～20)：(10～30)的摩尔比例混合搅拌得到钙溶液；步骤1.4，铜溶液的制备：以醋酸铜：丙烯酸：甲醇＝1:(3～10)：(40～80)的摩尔比例混合搅拌得到铜溶液，金属铜与丙烯酸在溶液中形成配位化合物；将上述步骤1.1～1.4得到的铋溶液、锶溶液、钙溶液和铜溶液按金属离子摩尔比为2:2:1:2的比例混合，在室温条件下搅拌后得到Bi-2212溶胶，铋配位化合物和铜配位化合物存在于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铋锶钙铜氧高温超导薄膜微细图形的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：制备以醋酸铋、醋酸锶、醋酸钙和醋酸铜为原料，丙烯酸为化学修饰剂，甲醇为溶剂的Bi‑2212感光溶胶；步骤2：采用浸渍提拉法在铝酸镧单晶基板上制备Bi‑2212凝胶薄膜；步骤3：将得到的Bi‑2212凝胶薄膜在80℃～100℃下干燥1～3min，通过特定形状的掩膜板在波长为240～460nm的紫外光下辐照10～40min，之后在甲醇和异丙醇的混合溶液中溶洗，即可获得Bi‑2212凝胶薄膜的微细图形；步骤4：将制备好的Bi‑2212薄膜的微细图形在特定的热处理温度和热处理气氛条件下进行热处理，即得。

【技术特征摘要】
1.一种铋锶钙铜氧高温超导薄膜微细图形的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：制备以醋酸铋、醋酸锶、醋酸钙和醋酸铜为原料，丙烯酸为化学修饰剂，甲醇为溶剂的Bi-2212感光溶胶；步骤2：采用浸渍提拉法在铝酸镧单晶基板上制备Bi-2212凝胶薄膜；步骤3：将得到的Bi-2212凝胶薄膜在80℃～100℃下干燥1～3min，通过特定形状的掩膜板在波长为240～460nm的紫外光下辐照10～40min，之后在甲醇和异丙醇的混合溶液中溶洗，即可获得Bi-2212凝胶薄膜的微细图形；步骤4：将制备好的Bi-2212薄膜的微细图形在特定的热处理温度和热处理气氛条件下进行热处理，即得。2.根据权利要求1所述的一种铋锶钙铜氧高温超导薄膜微细图形的制备方法，其特征在于，步骤1的具体实施方法如下：步骤1.1，铋溶液的制备：以醋酸铋：丙烯酸：甲醇＝1:(10～30)：(20～40)的摩尔比例混合搅拌得到铋溶液，金属铋与丙烯酸在溶液中形成配位化合物；步骤1.2，锶溶液的制备：以醋酸锶：丙烯酸：甲醇＝1:(10～40)：(20～40)的摩尔比例混合搅拌得到锶溶液；步骤1.3，钙溶液的制备：以醋酸钙：丙烯酸：甲醇＝1:(10～20)：(10～30)的摩尔比例混合搅拌得到钙溶液；步骤1.4，铜溶液的制备：以醋酸铜：丙烯酸：甲醇＝1:(3～10)：(40～80)的摩尔比例混合搅拌得到铜溶液，金属铜与丙烯酸在溶液中形成配位化合物；将上述步骤1.1～1.4得到的铋溶液、锶溶液、钙溶液和铜溶液按金属离子摩尔比为2:2:1:2的比例混合，在室温条件下搅拌后得到Bi-2212溶胶，铋配位化合物和铜配位化合物存在于溶胶中。3.根据权利要求1所述的一种铋锶钙铜氧高温超导薄膜微细图形的制备方法，其特征在于，步骤4的具体实施方法如下：步骤4.1，将步骤3得到的Bi-2212薄膜的微细图形放入管式炉，以2～10℃/min的速度升温至350℃～450℃，同时将高纯氮气通入炉内；步骤4....

【专利技术属性】
技术研发人员：赵高扬，刘晓琴，雷黎，贾纪强，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61