DD298331A5

DD298331A5 - PROCESS FOR PRODUCING HIGH-TEMPERATURE SUPERSCALE OF THE SEALED THICKNESS LAYERS

Info

Publication number: DD298331A5
Application number: DD88314452A
Authority: DD
Inventors: Klaus Fischer; Wilfried Andrae; Friedrich Voigt
Original assignee: Physikalisch-Techn. Institut,De
Priority date: 1988-04-06
Filing date: 1988-04-06
Publication date: 1992-02-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochtemperatursupraleitender Dickschichten. Die mit der Erfindung hergestellten HTSL-Dickschichten finden Anwendung in der Mikroelektronik und Sensorik. Die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer hochtemperatursupraleitenden Schicht fuer den Einsatz in der Mikroelektronik anzugeben, wobei die hochtemperatursupraleitende Schicht, die aus einem Oxid der Elemente der 3. Nebengruppe oder der seltenen Erden und weiteren Metalloxiden besteht, technologisch einfach herstellbar sein soll und mindestens die Stromtragfaehigkeit der bisher nach den bekannten Duennschichttechnologien hergestellten hochtemperatursupraleitenden Schichten aufweisen soll, wird dadurch geloest, dasz aus einer Schmelze der weiteren Metalloxide mittels eines Schnellerstarrungsprozesses Flakes erzeugt werden, die gegebenenfalls einer Formgebung unterzogen werden, dasz ein oder mehrere Flakes auf ein Substrat aufgebracht und mit einer oxidischen Verbindung, die ein Element der 3. Nebengruppe oder der seltenen Erden oder mit einem Oxid der Elemente der 3. Nebengruppe oder seltenen Erden ueberschichtet werden, und dasz anschlieszend das bzw. die derart ueberschichteten Flakes mindestens einer definierten Temperbehandlung unterhalb 1 000C unterworfen werden.{Supraleiter; Hochtemperatursupraleiter; oxidische Hochtemperatursupraleiter; supraleitende Dickschicht}The invention relates to a method for producing high-temperature superconducting thick films. The HTSC thick films produced by the invention are used in microelectronics and sensor technology. The object of the invention to provide a method for producing a high-temperature superconducting layer for use in microelectronics, wherein the high-temperature superconducting layer, which consists of an oxide of the elements of the 3rd subgroup or the rare earths and other metal oxides, should be technologically easy to produce and At least the current carrying capacity of the hitherto known high-temperature superconducting layers produced by the known thin-film technologies is achieved by forming from a melt of the further metal oxides by means of a fast solidification process flakes, which are optionally shaped by applying one or more flakes to a substrate and with an oxide compound which is superimposed on a 3rd subgroup element or rare earth element or with an oxide of the 3rd subgroup element or rare earth element, and then the same Overlaid flakes are subjected to at least one defined annealing treatment below 1 000 C. {superconductor; High temperature superconductors; oxide high-temperature superconductors; superconducting thick film}

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung hochten peratursupraleitender Dickschichten (HTSL-Schichten). Die mit der Erfindung hergestellten HTSL-Dickschichten finden Anwendung in der Mikroelektronik und Sensorik.The invention relates to a method for producing high temperature superconducting thick films (HTSC layers). The HTSC thick films produced by the invention are used in microelectronics and sensor technology.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Von Hermann und Sheng, Appl. Phys. Lett 51 (1987) 1854 wird ein Verfahren zur Herstellung keramischer Hochtemperatursupraleiter beschrieben, bei dem eine Sa-Cu-Oxid-Keramik (z. B. Ba₂Cu₃Oe) mit einer Y-haltigen Verbindung überschichtet und einer Temperbehandlung in Sauerstoff unterworfen wird. Durch eine chemische Reaktion entsteht die hochtemperatursupraleitende Verbindung YBa₂Cu₃O_x. Ferner ist nach Komatsu et. al., Japn. J. Appl. Phys. 26 (1987) L11/48 bekannt, aus einer oxidischen Schmelze mittels eines Schnellerstarrungsprozesses Proben zu erzeugen, die in einer nachfolgenden Temperbehandlung die für die Hochtemperatursupraleitung erforderliche O₂-Stöchiometrie erhalten. Diese Proben kann man aufgrund der flächenmäßigen Begrenzung und der Dicke als Flakes bezeichnen. Die Anwendung beschränkt sich auf die Verwendung der Flakes an sich als Hochtemperatursupraleiter.By Hermann and Sheng, Appl. Phys. Lett 51 (1987) 1854 describes a method for producing ceramic high-temperature superconductors in which a Sa-Cu oxide ceramic (eg Ba ₂ Cu ₃ Oe) is covered with a Y-containing compound and subjected to an annealing treatment in oxygen , A chemical reaction produces the high-temperature superconducting compound YBa ₂ Cu ₃ O _x . Further, according to Komatsu et. al., Japn. J. Appl. Phys. 26 (1987) L11 / 48 known to produce from an oxide melt by means of a fast solidification process samples that receive the required for high-temperature superconductivity O ₂ stoichiometry in a subsequent annealing. These samples may be referred to as flakes because of the areal restriction and the thickness. The application is limited to the use of the flakes themselves as high temperature superconductors.

Die freitragende Verwendung dieser oxidischen Hochtemperatursupraleiter ist aufgrund ihrer Sprödigkeit und mechanischen Empfindlichkeit eingeschränkt.The cantilevered use of these high temperature oxide superconductors is limited because of their brittleness and mechanical sensitivity.

Die Anwendung keramischer HTSL-Schichten bzw. keramischer Hochtemperatursupraleiter ist aufgrund der Korngrenzeneffekte durch die Stromtragfähigkeit begrenzt. Die mittels bekannter Dünnschichttechnologien hergestellten HTSL-Schichten besitzen zwar eine höhere Stromtragfähigkeit als keramische HTSL-Schichten (z.B. bei einer Schichtdicke von 1 Mm 2*10 6A/cm²); ihr Einsatz ist jedoch aufgrund des hohen technologischen Herstellungsaufwandes auf dünne Schichten begrenzt. Außerdem bereitet bei diesen Technologien die Einstellung der Kationenverhältnisse Schwierigkeiten.The application of ceramic HTSC layers or ceramic high-temperature superconductors is limited by the current carrying capacity due to the grain boundary effects. Although the HTSC layers produced by means of known thin-film technologies have a higher current carrying capacity than ceramic HTSC layers (eg at a layer thickness of 1 μm 2 * 10 6 A / cm ² ); Their use is, however, limited to thin layers due to the high technological manufacturing costs. Moreover, these technologies pose difficulties in adjusting the cation ratios.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, Hochtemperatursupraleiter für den Einsatz in der Mikroelektronik vorzusehen.The aim of the invention is to provide high-temperature superconductors for use in microelectronics.

Darl tion of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung einer hochtemperatursupraleitenden Schicht für den Einsatz in der Mikroelektronik anzugeben, wobei die hochtemperatursupraleitende Schicht technologisch einfach herstellbar soin soll und mindestens die Stromtragfähigkeit der bisher nach den bekannten Dünnschichttechnologien hergestellten hochtemperatursupraleitenden Schichten aufweisen soll.The invention has for its object to provide a method for producing a high-temperature superconducting layer for use in microelectronics, wherein the high-temperature superconducting layer is technologically easy to produce soin and should have at least the current carrying capacity of the previously produced by the known thin-film technologies high-temperature superconducting layers.

Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einem Verfahren zur Erzeugung hochtemperatursupraleitender dichter Dickschichten, die aus einem Oxid der Elemente der 3. Nebengruppe oder der seltenen Erden und weiteren Metalloxiden bestehen, erfindungsgemäß dadurch, daß aus einer Schmelze der weiteren Metalloxide mittels eines Schnellerstarrungsprozesses Flakes erzeugt werden, die gegebenenfalls einer Formgebung unterzogen werden, daß ein oder mehrere Flakes auf ein Substrat aufgebracht und mit einer oxidischen Verbindung, die ein Element der 3. Nebengruppe oder der seltenen Erden oder mit einem Oxid der Elemente der 3. Nebengruppe oder seltenen Erden überschichtet worden, und daß anschließend das bzw. die derart überschichteten Flakes mindestens einer definierten Temperbehandlung unterhalb 1000⁰C unterworfen werden.The object is achieved by a method for producing high-temperature superconducting dense thick films, which consist of an oxide of the elements of the 3rd subgroup or the rare earths and other metal oxides, according to the invention in that flakes are produced from a melt of the further metal oxides by means of a fast solidification process, which may be subjected to a shaping such that one or more flakes have been applied to a substrate and overcoated with an oxidic compound comprising a 3rd subgroup or rare earth element or with an oxide of 3rd subgroup or rare earth element elements, and that subsequently the or the thus overcoated flakes are subjected to at least one defined annealing below 1000 ⁰ C.

Mittels der Temperbehandlung vollzieht sich die chemische Reaktion, die die hochtemperatursupraleitende Verbindung bildet und die geforderte O₂-Stöchiometrie einstellt.By means of the annealing treatment, the chemical reaction that forms the high-temperature superconducting compound and sets the required O ₂ stoichiometry takes place.

Als günstig hat sich erwiesen, daß die Schmelze der weiteren Metalloxide ein Molverhältnis von ²h aufweist und als Oxid der Elemente der 3. Nebengruppe Y₂BaCuO₆, YBaO₂₆ oder YCuO₂₆, vorzugsweise Y₂O₃ verwendet wird.As low has been found that the melt of the other metal oxides has a molar ratio of ² h and as the oxide of the elements of the 3rd subgroup Y ₂ BaCuO ₆ , YBaO ₂₆ or YCuO ₂₆ , preferably Y ₂ O ₃ is used.

Dadurch, daß das getemperte Flake eine dichte kristalline Struktur aufweist, ist die Stromtragfähigkeit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten hochtemperatursupraleitenden Dickschicht höher als bei keramischen hochtemperatursupraleitenden Schichten.Due to the fact that the tempered flake has a dense crystalline structure, the current-carrying capacity of the high-temperature superconducting thick film produced by the method according to the invention is higher than in the case of ceramic high-temperature superconducting layers.

Bezogen auf die größere Schichtdicke der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten HTSL-Dickschicht liegt deren Stromtragfähigkeit über den Werten der bisher nach den bekannten Dünnschichttechnologien hergestellten HTSL-Schichten. Ein zusätzlicher Vorteil wird dadurch sichtbar, daß die Schmelze der weiteren Metalloxide direkt auf dem Substrat zum Erstarren gebracht werden kann, wodurch eine großflächige homogene Schicht auf dem Substrat entsteht.Based on the greater layer thickness of the HTSC thick layer produced by the process according to the invention, its current carrying capacity is above the values of the HTSC layers produced hitherto by the known thin-film technologies. An additional advantage is seen in that the melt of the other metal oxides can be solidified directly on the substrate, whereby a large-scale homogeneous layer is formed on the substrate.

embodiment

Das Wesen der Erfindung soll anhand eines nachfolgenden Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die Ausgangssubstanzen BaCO₃ und CuO werden im Molverhältnis 2:3 gemischt und auf etwa 1150°C erhitzt, um eine Schmelze zu erhalten. Diese Schmelze wird einem Schnellerstarrungsprozeß unterworfen, so daß großflächige, dichte Flakes mit 20 bis 100pm Dicke entstehen. Teile gewünschter Form werden aus den Flakes präpariert und auf ein Substrat aufgelegt. Die Flakes werden dann mit Y₂O₃-Pulver überschichtet und oiner Temperbehandlung bei 95O⁰C bis 98O⁰C für 24h, gefolgt von einer langsamen Abkühlung (< 50K/h), unterworfen. Im Ergebnis entsteht eine hochtemperatursupraleitende, dichte Dickschicht, wobei das überschüssige Y2O3 mechanisch entfernt werden kann.The essence of the invention will be explained in more detail with reference to a subsequent embodiment. The starting materials BaCO ₃ and CuO are mixed in a molar ratio of 2: 3 and heated to about 1150 ° C to obtain a melt. This melt is subjected to a rapid solidification process, so that large-area, dense flakes with 20 to 100pm thickness arise. Parts of desired shape are prepared from the flakes and placed on a substrate. The flakes are then overcoated with Y ₂ O ₃ powder and oiner annealing treatment at 95O ⁰ C to 98O ⁰ C for 24 h, followed by slow cooling (<50K / h), subjected. The result is a high-temperature superconducting, dense thick film, whereby the excess Y2O3 can be mechanically removed.

Claims

A process for producing high-temperature superconducting dense thick films consisting of an oxide of the elements of the 3rd subgroup or the rare earths and other metal oxides, characterized in that from a melt of the other metal oxides by means of a fast solidification process flakes are produced, which optionally subjected to shaping in that one or more flakes are applied to a substrate and overcoated with an oxidic compound comprising an element of the 3rd subgroup or of the rare earths or with an oxide of the elements of the 3rd subgroup or of the rare earths, and in that subsequently the or the thus overcoated flakes at least one defined annealing below 1000 C ^c. be subjected.

2. The method according to claim 1, characterized in that the melt of the further metal oxides has a molar ratio of 2: 3 and is used as the oxide of the elements of the 3rd subgroup Y ₂ O ₃ .

3. The method according to claim 1, characterized in that as oxidic compound of the elements of the 3rd subgroup Y ₂ BaCuO ₅ , YBaO _2i5 or YCuO _{2> 5} can be used.