KR0174383B1 - Fabricating method of superconducting thin film layer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고온 초전도 소자제작 기술에 사용될 수 있는 방법으로서 Y2O3, BaCO3및 CuO의 원료로부터 Y2BaCuOy 기판을 제조하고, BaCuO2및 CuO, 그리고 결합제를 이용하여 테이프로 성형하여 이 테이프를 상기 기판에 부착시키고, 패턴을 형성한 다음 이 패턴이 형성된 기판을 고온에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 초전도체 박막층의 제조방법에 관한 것이며 이 방법을 통해 경제적이고 고품질인 박막층을 제조할 수 있고 소자간 절연성이 뛰어난 초전도 박막층의 제조방법이다.The present invention is a method that can be used in high temperature superconducting device fabrication technology to prepare a Y 2 BaCuOy substrate from the raw materials of Y 2 O 3 , BaCO 3 and CuO, and formed into a tape using BaCuO 2 and CuO, and a binder Is attached to the substrate, a pattern is formed, and then the substrate on which the pattern is formed is a method for manufacturing a superconductor thin film layer, which is characterized by heat treatment at a high temperature. It is a manufacturing method of a superconducting thin film layer excellent in insulation.
Description
제1도는 종래의 MgO 또는 SrTiO3등의 단결정 기판을 이용하여 제조된 고온 초전도 YBa2Cu3Oy 직접회로의 개략단면도.1 is a schematic cross-sectional view of a high temperature superconducting YBa 2 Cu 3 Oy integrated circuit manufactured using a single crystal substrate such as MgO or SrTiO 3 .
제2도는 YBa2Cu3Oy의 산소 함량 y를 초전도 특성을 잃는 6.5이하로 만들어 기판으로 이용하는 종래 기술로 제조된 고온 초전도 YBa2Cu3Oy 집적 회로의 개략단면도.2 is a schematic cross-sectional view of a high-temperature superconducting YBa 2 Cu 3 Oy integrated circuit manufactured by the prior art using the oxygen content y of YBa 2 Cu 3 Oy as 6.5 or less to lose superconductivity.
제3도는 Y2BaCu3Oy를 기판으로 이용하여 고온 초전도 YBa2Cu3Oy 집적회로를 제조하는 본 발명의 개략 제조공정도.3 is a schematic manufacturing process diagram of the present invention for producing a high temperature superconducting YBa 2 Cu 3 Oy integrated circuit using Y 2 BaCu 3 Oy as a substrate.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 초전도체 박막층 2 : 절연 박막층1: superconductor thin film layer 2: insulated thin film layer
3 : 기판 (SrTiO3또는 MgO) 4 : YBa2Cu3Oy기판 (초전도체가 아님)3: substrate (SrTiO 3 or MgO) 4: YBa 2 Cu 3 Oy substrate (not superconductor)
5 : BaCuO2, CuO 및 결합제로 구성된 박막층5: thin film layer composed of BaCuO 2 , CuO and binder
6 : BaCuO2및 CuO로 구성된 박막층6: thin film layer composed of BaCuO 2 and CuO
본 발명은 절연성의 Y2BaCu3Oy의 기판을 이용하고 그 표면에 고온 초전도체인 YBa2Cu3Oy 박막층을 형성하는 초전도 박막의 제조방법에 관한 것으로 좀 더 상세하게는, 본 발명은 절연성의 Y2BaCuOy 기판 위에 BaCuO2및 CuO의 혼합물을 테이프 캐스팅(tape casting) 방법으로 확산 박막(diffusion layer)을 제조하여 입히고 열처리하여 상기 기판과 이 확산박막 사이의 반응으로 상기 기판의 표면에 YBa2Cu3Oy 초전도체 박막층을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a superconducting thin film using an insulating Y 2 BaCu 3 Oy substrate and forming a high temperature superconductor YBa 2 Cu 3 Oy thin film layer on the surface thereof. 2 BaCuO 2 and casting a mixture of CuO tape (tape casting) method to spread thin YBa 2 Cu 3 on the surface of the substrate by the reaction between the heat-treated cloths were prepared (diffusion layer) the substrate and the diffusion film on BaCuOy substrate The present invention relates to a method for producing an Oy superconductor thin film layer.
종래의 고온 초전도 소자 제작 기술은 SrTiO3또는 MgO와 같은 값비싼 단결정 기판을 이용하여 왔다. 이 기판은 대부분 절연체여서 전기적 절연은 손쉽게 달성되었으나 기판과 고온 초전도체와의 결정 구조 차이로 인하여 고품질의 고온 초전도 박막을 제작하기가 매우 어려웠을 뿐 아니라 경제적 측면에서도 경쟁력을 갖지 못하였다(제1도 참조). 이러한 단점을 보완하기 위해 YBa2Cu3Oy의 산소 함량 y를 초전도 특성을 잃는 6.5이하로 만들어 기판으로 이용하는 기술도 개발되었는데, 이 기술은 기판과 초전도 박막과의 결정 구조가 같아 고품질의 박막을 제작하기가 용이한 반면, 기판의 저항이 절연체보다 작아 소자와 소자간의 간격이 절연 기판을 쓸 경우 보다 커져야 하는 단점을 안고 있다(제2도 참조).Conventional high temperature superconducting device fabrication techniques have used expensive single crystal substrates such as SrTiO 3 or MgO. Since most of these substrates are insulators, electrical insulation was easily achieved, but due to the difference in crystal structure between the substrate and the high temperature superconductor, it was not only difficult to produce high quality high temperature superconducting thin films, but also was not economically competitive (see Figure 1). ). In order to make up for these drawbacks, the technology of using YBa 2 Cu 3 Oy as the substrate with the oxygen content y of 6.5 or less, which loses superconductivity, has been developed. This technology produces high quality thin films with the same crystal structure as the substrate and superconducting thin film. On the other hand, the resistance of the substrate is smaller than that of the insulator, and the gap between the device and the device must be larger than that of the insulating substrate (see FIG. 2).
따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하는데 그 목적이 있는 것으로 경제성이 뛰어나고 절연성이 월등한 초전도 박막층의 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a superconducting thin film layer having excellent economical efficiency and superior insulation.
상기 목적을 달성하고자 본 발명은 전술한 두 가지 종래 기술의 장점들을 이용하면서 이들의 단점을 보완하고자 절연성의 Y2BaCuOy를 기판으로 이용하고 그 표면에 초전도 박막층을 제조하는 것이다.In order to achieve the above object, the present invention uses an insulating Y 2 BaCuOy as a substrate in order to make up for the disadvantages of the two prior arts, and to manufacture a superconducting thin film layer on the surface thereof.
이하 첨부된 도면을 인용하여 본 발명을 상술하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 Y2O3, BaCuO3및 CuO의 원료로부터 Y2BaCuOy 기판을 제조하고, BaCuO2및 CuO, 그리고 결합제를 이용하여 테이프로 성형하여 이 테이프를 상기 기판에 부착시키고, 패턴을 형성한 다음 이 패턴이 형성된 기판을 고온에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 초전도체 박막층의 제조방법에 관한 것이다.The present invention is to prepare a Y 2 BaCuOy substrate from the raw materials of Y 2 O 3 , BaCuO 3 and CuO and to form a tape by using BaCuO 2 and CuO and a binder to attach the tape to the substrate, to form a pattern Next, the present invention relates to a method for producing a superconductor thin film layer, characterized in that the substrate on which the pattern is formed is heat treated at a high temperature.
좀더 상술하면 본 발명의 제조방법은 Y2O3, BaCuO2및 CuO를 1:1:1의 몰비로 혼합하여 Y2BaCuOy 의 용점 이하에서 소결시켜 기판으로 이용할 펠릿(pellet)을 제조하고 이를 가공하여 매우 조밀하고 표면 처리된 Y2BaCuOy기판을 제조한 다음, 그 위에 BaCuO2및 CuO분말을 1:1내지 10:1의 비율로 결합제와 더불어 혼합하여 닥터 브레이드(doctor blade)법을 이용하여 테이프 형태로 가공한 다음, 이 테이프를 상기 기판에 붙이고 패턴을 형성한 다음, 상기 테이프와 기판을 고온에서 열처리하고 냉각하여 초전도체 박막층을 제조하는 것이다.More specifically, the production method of the present invention is to mix Y 2 O 3 , BaCuO 2 and CuO in a molar ratio of 1: 1: 1 to sinter below the melting point of Y 2 BaCuOy to produce pellets for use as substrates and to process them To prepare a very dense and surface-treated Y 2 BaCuOy substrate, and then mixed BaCuO 2 and CuO powder with a binder in a ratio of 1: 1 to 10: 1 on the tape using a doctor blade method After processing to form, the tape is attached to the substrate to form a pattern, and then the tape and the substrate are heat treated at high temperature and cooled to produce a superconductor thin film layer.
상기에서 결합제로 사용될 수 있는 것은 다양하나 바람직하기로 폴리비닐버티랄(poly vinyl Butyral)이 함유된 MSI B73210이며, 상기 패턴을 형성하는 방법으로는 상기 테이프를 기판에 부착시킨 다음 레이저 빔을 이용하여 원하는 부분만을 결합제가 소거될 수 있는 온도까지 가열하여 결합제를 연소시켜 제거한 다음, 가열된 부위에는 BaCuO2및 CuO의 혼합분말만이 잔존하도록 하는 방법이 사용될 수 있다.The binder may be variously used, but preferably MSI B73210 containing poly vinyl butyral. The method of forming the pattern may include attaching the tape to a substrate and then using a laser beam. A method may be used in which only the desired portion is heated to a temperature at which the binder can be erased to burn off the binder, and then only the mixed powder of BaCuO 2 and CuO remains in the heated portion.
상기 패턴을 형성한 다음 상기 테이프의 기판을 열처리하는 방법으로는 1000℃로 가열하여 상기 잔존하는 BaCuO2및 CuO의 혼합분말과 상기 기판사이에 YBa2Cu3Oy를 생성하는 포정반응이 일어나도록 하고 상온까지 냉각시키는 방법이 사용될 수 있다.Forming the pattern and then heat treating the substrate of the tape is heated to 1000 ℃ so that a positive reaction occurs to produce YBa 2 Cu 3 Oy between the mixed powder of the remaining BaCuO 2 and CuO and the substrate. Cooling down to room temperature can be used.
본 방법의 제조방법에 따라 초전도 박막층을 제조할 경우 종래 기술에 비해 경제적일 뿐만 아니라 구품질의 박막층을 제조할 수 있고 소자간의 절연성이 뛰어나 이트륨계 초전도 박막 제조기술에 전환점을 줄 것으로 기대된다.When the superconducting thin film layer is manufactured according to the manufacturing method of the present method, it is expected to provide a turning point in the yttrium-based superconducting thin film manufacturing technology because it is more economical than the prior art and can produce a thin film layer of good quality and excellent insulation between devices.
이하 실시예를 통해 본 발명의 제조방법 및 그 효과에 대해 구체적으로 설명한다. 그러나 이 예가 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the production method and effects of the present invention will be described in detail with reference to Examples. However, this example does not limit the scope of the present invention.
[실시예]EXAMPLE
Y2O3, BaCuO3및 CuO를 1:1:1의 몰비로 혼합하여 1240℃에서 소결하여 Y2BaCuOy 펠릿을 제조하고 이를 가공하여 1mm의 두께를 갖고 표면의 조도가 10microns미만인 웨이퍼(기판)를 제조한다. 이와는 별도로 BaCuO2및 CuO를 1:1몰비로 혼합하고 하소하여 BaCuO2분말을 제조하고 이 분말, CuO분말 및 MSI B73210 1:1:1에서 10:1:5로 변환시켜서 혼합하여 각기 닥터 브레이드법을 이용하여 0.2mm 두께의 테이프로 가공한다. 이 테이프들을 각기 상기 기판에 부착시키고 레이저(laser)로 원하는 부분만 400℃로 가열하여 그 부위에 있는 바인더를 연소시킨다.Y 2 O 3 , BaCuO 3 and CuO were mixed at a molar ratio of 1: 1: 1 and sintered at 1240 ° C. to prepare Y 2 BaCuOy pellets, which were processed to have a thickness of 1 mm and a surface roughness of less than 10 microns (substrate). To prepare. Separately, BaCuO 2 and CuO were mixed in a 1: 1 molar ratio and calcined to prepare BaCuO 2 powder, which was then converted into a powder, CuO powder, and MSI B73210 1: 1: 1 to 10: 1: 5, and mixed, respectively, by the doctor braid method. Process into a 0.2mm thick tape. Each of these tapes is attached to the substrate and only the desired portion is heated to 400 ° C. with a laser to burn the binder at that site.
이 경우 기판 위의 레이저 가열된 부위는 BaCuO2및 CuO의 혼합분말만이 잔존하게 된다. 이 상태의 기판을 1000℃로 가열하여 BaCuO2및 CuO의 혼합분말과 상기 기판사이에 YBa2Cu3Oy를 생성하는 포정반응이 일어나게 한 다음 940℃까지 시간당 2℃로 냉각하여 초전도체 박막층을 형성한다.In this case, only the mixed powder of BaCuO 2 and CuO remains in the laser heated portion on the substrate. The substrate in this state is heated to 1000 ° C. to cause a positive reaction to generate YBa 2 Cu 3 Oy between the mixed powder of BaCuO 2 and CuO and the substrate, and then cooled to 2 ° C. per hour to 940 ° C. to form a superconductor thin film layer. .
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