FR2641129A1 - Substrate for a superconducting thin film - Google Patents

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    • H01L39/24Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of devices provided for in H01L39/00 or of parts thereof
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    • H01L39/2454Processes for depositing or forming superconductor layers characterised by the substrate

Abstract

The substrate 12 for a superconducting thin film 14 is made of beryllium oxide, BeO. <IMAGE>

Description

L'invention se rapporte aux dispositifs supraconducteurs du type incluant un substrat de support pour couches minces supraconductrices. The invention relates to superconducting devices of the type including a supporting substrate for thin-film superconductor. L'invention The invention
s'applique notamment aux couches minces supraconductrices à température critique élevée, c'est-à-dire proche ou supérieure à la température de is particularly applicable to thin-film superconductor with high critical temperature, that is to say close to or above the temperature
l'azote liquide (77 K). liquid nitrogen (77 K). Les recherches actuelles sur de telles couches Current research on such layers
s'intéressent aux oxydes supraconducteurs tels que les céramiques d'oxydes métalliques de cuivre alliés à divers composés, dont la formule chimique est de la forme R-Ba-Cu-O, où R est un métal de transition ou une terre rare. concerned with superconducting oxides such as the ceramic metal oxide of copper combined with various compounds, whose chemical formula is of the form R-Ba-Cu-O, wherein R is a transition metal or a rare earth. L'oxyde de ce type ayant servi d'exemple a pour formule YBa2Cu307. The oxide of this type having served as an example has the formula YBa2Cu307.

L'invention vise plus particulièrement l'application des couches minces supraconductrices à l'industrie électronique. The invention relates more particularly to the application of superconducting thin films for the electronics industry. Dans ce domaine, il faut des couches de dimensions relativement grandes, pour servir par exemple à l'interconnexion de composants électroniques tels que des circuits intégrés d'un processeur central d'un ordinateur. In this area, we need layers of relatively large dimensions, for example serve to interconnect electronic components such as integrated circuits of a central processor of a computer. Il faut en outre des couches présentant une densité de courant critique très élevée. It is further layers having a very high critical current density.

La formation de couches minces supraconductrices s'est faite jusqu'à présent sur des substrats monocristallins. The formation of superconducting thin film is made so far on monocrystalline substrates. Naturellement, le silicium a ete utilisé. Naturally, silicon was used. Les expériences sur le silicium ont révélé l'existence de nombreux problèmes. The experiments on silicon have revealed many problems. Parmi les autres matériaux monocristallins, les plus connus actuellement sont le titanate de strontium SrTiO3, la zircone stabilisée à l'yttrium ZrO2(Y2O3) et l'oxyde de magnésium MgO. Other monocrystalline materials, most currently known are strontium titanate SrTiO3, zirconia yttria stabilized ZrO2 (Y2O3) and magnesium oxide MgO. Cependant, les expériences faites sur tous les substrats actuels posent les mêmes genres de problèmes. However, the experiences of all current substrates pose the same kinds of problems.

Le problème essentiel concerne l'interaction entre éléments du substrat et éléments de la couche mince supraconductrice adjacente. The main problem relates to the interaction between elements of the substrate and elements of the adjacent superconducting thin film. Cette interaction est due à la diffusion ou migration d'éléments à travers l'interface substrat-couche et altère les propriétés semiconductrices de la couche mince. This interaction is due to diffusion or migration of elements across the interface layer-substrate, and impairs the semiconductive properties of the thin layer. Elle doit donc être évitée ou réduite à une valeur négligeable. It should therefore be avoided or reduced to a negligible value.

Cependant, la fabrication actuelle d'une couche supraconductrice sur un substrat pose d'importants problèmes de diffusion. However, the current production of a superconducting layer on a substrate poses significant diffusion problems. Etant donné que la diffusion est proportionnelle à la température des matériaux, la formation actuelle d'une couche supraconductrice sur un substrat fait intervenir des températures relativement élevées, supérieures à 6000C. Since the diffusion is proportional to the temperature of the materials, the current forming a superconducting layer on a substrate involves relatively high temperatures above 6000C. Le plus souvent, la fabrication d'un couche nécessite un recuit à une température égale ou supérieure à 850 C. Le problème se complique lorsque le matériau supraconducteur et le substrat sont tous deux des composés chimiques relativement complexes. In most cases, the manufacture of a layer requires an annealing at a temperature equal to or higher than 850 C. The problem is compounded when the superconductor material and the substrate are both relatively complex chemical compounds. Il faut alors qu'aucun des éléments du substrat ne puisse être réduit ou altéré chimiquement par les éléments de la couche déposée.Dans le cas de l'oxyde supraconducteur à base d'yttrium, de barium et de cuivre, par exemple l'oxyde YBa2Cu307, il faut notamment que le substrat ne puisse être chimiquement réduit par l'yttrium. It is then necessary that none of the elements of the substrate can not be reduced or chemically altered by elements of the diaper déposée.Dans the case of the superconducting oxide based on yttrium, barium and copper, for example oxide YBa2Cu307, it is particularly necessary that the substrate may not be chemically reduced by yttrium.

Le second problème des substrats actuels est de nécessiter une structure monocristalline. The second problem with current substrates is to require a monocrystalline structure. Ces substrats sont coûteux, d'autant plus qu'ils font généralement intervenir des éléments rares. These substrates are expensive, especially since they usually involve rare items. En outre, un cristal pur est difficile à obtenir pour des grandes dimensions qui sont requises par exemple pour l'interconnexion de composants électroniques. In addition, a pure crystal is difficult to obtain for large dimensions that are required for example for the interconnection of electronic components.

L'invention résoud ces problèmes et offre ainsi l'avantage d'obtenir une couche supraconductrice de l'ordre du micromètre, non altérée par le substrat et présentant une densité de courant critique actuellement au moins égale à 1000 A/cm2 à la température de l'hélium liquide. The invention solves these problems and thus offers the advantage of obtaining a superconducting layer of one micrometer, unaltered by the substrate and having a critical current density currently at least 1000 A / cm2 at a temperature of liquid helium.

Un substrat conforme à l'invention pour couche mince d'oxyde supraconducteur est caractérisé en ce qu'il comprend de l'oxyde de béryllium. A substrate according to the invention for thin-film oxide superconductor is characterized in that it comprises beryllium oxide.

Avantageusement, on utilisera l'oxyde de béryllium polycristallin. Advantageously, polycrystalline beryllium oxide will be used.

Les avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui suit, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés. The advantages and features of the invention will become apparent from the following description given by way of example and with reference to the accompanying drawings.

Dans les dessins - la figure 1 est une vue schématique en coupe partielle d'un substrat conforme à l'invention, fait d'oxyde de béryllium polycristallin, supportant une couche mince supraconductrice d'YBa2Cu307 ; In the drawings - FIG 1 is a schematic partial sectional view of a substrate according to the invention, made of polycrystalline beryllium oxide, carrying a thin layer superconducting YBa2Cu307; et - la figure 2 est un graphe illustrant les variations de la résistance électrique d'une couche supraconductrice en fonction de la variation de la température, obtenu à partir de la structure représentée sur la figure 1. and - Figure 2 is a graph illustrating the variations of the electrical resistance of a superconducting layer depending on the temperature variation, obtained from the structure shown in Figure 1.

Dans la figure 1, le dispositif électronique 10 comprend un support 12 pour une couche mince supraconductrice 14. Selon l'invention, le substrat 12 comprend de l'oxyde de béryllium BeO. In Figure 1, the electronic device 10 comprises a support 12 for a superconducting thin film 14. According to the invention, the substrate 12 comprises beryllium oxide BeO. Dans l'exemple de réalisation, le substrat entier est de l'oxyde de béryllium polycristallin, et la couche supraconductrice 14 est de 1'YBa2Cu307. In the exemplary embodiment, the entire substrate is polycrystalline beryllium oxide, and the superconductive layer 14 is 1'YBa2Cu307. La couche 14 à été déposée selon une technologie bien connue de l'nomme de l'art. Layer 14 has been deposited in a well-known technology called art. Le mode préféré est le dépôt au canon à électrons de couches successives de fluorure de barium The preferred mode is the deposit to the electron gun of successive layers of barium fluoride
BaF2, de cuivre et d'yttrium en présence d'une faible pression d'oxygène. BaF2, copper and yttrium in the presence of a low oxygen pressure.

Les épaisseurs de ces couches ont été calculées afin d'obtenir la stochiométrie désirée de deux atomes de barium et trois atomes de cuivre par atome d'yttrium. The thicknesses of these layers were calculated to obtain the desired stoichiometry of two atoms of barium and three atoms of copper per yttrium atom. La figure 2 est la courbe expérimentale obtenue avec ltechantillon conforme à l'invention, ayant pour abscisses la température en kelvins et pour ordonnées une échelle relative de résistance. Figure 2 is the experimental curve obtained with ltechantillon according to the invention, whose abscissa temperature in Kelvin and the ordinate a relative scale resistance. La courbe montre une température critique Tc de 73 K. The curve shows a critical temperature Tc of 73 K.

Pour cette application à 1'YBa2Cu307, on constate que l'oxyde de béryllium n'est pas réduit par l'yttrium et qu'il demeure un substrat entièrement passif vis-à-vis de la couche supraconductrice. For this application to 1'YBa2Cu307 reveals that beryllium oxide is not reduced by yttrium and remains an entirely passive substrate vis-à-vis the superconducting layer. Les remarquables propriétés de l'oxyde de béryllium ne peuvent pas encore être expliquées. Notable beryllium oxide properties can not yet be explained. Un autre avantage de l'oxyde de béryllium est d'être très stable vis-à-vis de 1 'humidité. Another advantage of the beryllium oxide is to be very stable vis-à-vis one moisture. En Ex outre, l'oxyde de béryllium polycristallin peut être appliqué à moindre prix pour des dimensions relativement grandes, de sorte qu'il est bien adapté pour l'interconnexion de composants électroniques. In Ex addition, the polycrystalline beryllia can be applied to lower prices to relatively large dimensions, so it is well suited for the interconnection of electronic components.

Cependant, pour de faibles dimensions, il peut être avantageux d'utiliser l'oxyde de béryllium monocristallin. However, for small dimensions, it can be advantageous to use single crystal beryllium oxide. Selon une autre variante, le substrat 12 peut avoir une structure composite, indiquée par un trait tireté dans la figure 1. Selon cette variante, le substrat 12 comprend un support 13 pourvu d'un film d'oxyde de béryllium 12a sous-jacent à la couche supraconductrice 14. Le film 12a constituerait ainsi une couche d'interface avec la couche. According to another variant, the substrate 12 may have a composite structure, indicated by a dashed line in Figure 1. In this embodiment, the substrate 12 comprises a support 13 provided with a beryllium oxide film 12a underlying the superconducting layer 12a 14. the film thus constitutes an interface layer with the layer.

Claims (8)

    Revendications claims
  1. 1. Dispositif supraconducteur (10), comprenant un substrat (12) pour une couche mince supraconductrice (14), caractérisé en ce que le substrat comprend de l'oxyde de béryllium (BeO). 1. A superconducting device (10) comprising a substrate (12) for a superconducting thin film (14), characterized in that the substrate comprises beryllium oxide (BeO).
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oxyde de béryllium est sous forme polycristalline. 2. Device according to Claim 1, characterized in that beryllium oxide is in polycrystalline form.
  3. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'oxyde de béryllium polycristallin constitue dans le substrat une couche d'interface avec la couche supraconductrice. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the polycrystalline beryllium oxide is in the substrate an interface layer with the superconductor layer.
  4. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oxyde de béryllium est sous forme cristalline. 4. Device according to claim 1, characterized in that beryllium oxide is in crystalline form.
  5. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche supraconductrice est un oxyde supraconducteur. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the superconductive layer is an oxide superconductor.
  6. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'oxyde supraconducteur contient de l'yttrium. 6. Device according to claim 5, characterized in that the oxide superconductor contains yttrium.
  7. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'oxyde supraconducteur a une formule de forme R-Ba-Cu-O, où R est un métal de transition ou une terre rare. 7. Device according to claim 5 or 6, characterized in that the oxide superconductor has a shape of the formula R-Ba-Cu-O, wherein R is a transition metal or a rare earth.
  8. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'oxyde a la formule YBa2Cu307. 8. Device according to claim 7, characterized in that the oxide has the formula YBa2Cu307.
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