KR20130019443A - 양면 벽개가공 기법을 이용한 고온 초전도체 조셉슨 접합단상 구조 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
고온 초전도체 조셉슨 접합 단상 구조 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 고온 초전도체 조셉슨 접합 단상 구조는 Bi2Sr2CaCu2O8+x 와 같은 고온초전도체 단결정을 포토리소그래피(photolithography)나 전자선리소그래피(e-beamlithography)를 이용한 미세 패터닝(micropatterning) 공정과 건식 식각(dry etching) 공정을 이용하여 패턴닝하고, 양면 벽개가공 기법을 이용하여 제조한다. 이에 따라, 본 발명은 Bi2Sr2CaCu2O8+x와 같은 고온초전도체 단결정이 선천성으로 매우 얇은 CuO2 초전도층과 절연층(insulating layer)의 조셉슨 접합으로 구성되는 층상 구조를 양면에서 가공함과 동시에 층상구조의 두께와, 상기 층상 구조에 포함된 조셉슨 접합의 수를 제어할 수 있다.
Description
본 발명은 고온 초전도체 조셉슨 접합 단상 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다. 최근 연구되고 있는 Bi2Sr2CaCu2O8+x와 같은 고온 초전도체(high-Tcsuperconductor)는 능동소자로 응용할 가능성이 매우 높으며, 이를 위해 고온 초전도체 단결정 내에 형성되는 조셉슨 접합(Josephson junction)에 평행하게 외부자기장(external magnetic field)을 걸 때 발생하는 조셉슨 플럭손(Josephson fluxon)을 이용할 수 있다.
본 발명은 고온 초전도체 조셉슨 접합 단상 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다. 최근 연구되고 있는 Bi2Sr2CaCu2O8+x와 같은 고온 초전도체(high-Tcsuperconductor)는 능동소자로 응용할 가능성이 매우 높으며, 이를 위해 고온 초전도체 단결정 내에 형성되는 조셉슨 접합(Josephson junction)에 평행하게 외부자기장(external magnetic field)을 걸 때 발생하는 조셉슨 플럭손(Josephson fluxon)을 이용할 수 있다. 조셉슨 접합면에 평행하게 걸린 자기장은 조셉슨 플럭손이라는 일정한 양을 갖는 마그네틱 플럭스(magnetic flux)를 형성하면서 조셉슨 접합내부로 침투하게 된다. 조셉슨 플럭손을 이용한 소자 응용의 한 예로서 테라 헤르츠(THz) 발진소자를 들 수 있다. 즉, 조셉슨 접합에 형성된 조셉슨 플럭손은 투과 전류하에서 접합면에 평행하게 광속의 1％ 정도의 매우 빠른 속도로 움직이면서 테라 헤르츠(THz) 발진을 유도하게 된다. 이와 같이 조셉슨 플럭손을 적절하게 이용하기 위해서는 Bi2Sr2CaCu2O8+x와 같은 고온 초전도체(high-Tc superconductor) 단결정(single crystal)이 선천성으로 매우 얇은 CuO2 초전도층과 절연층(insulating layer)의 조셉슨 접합으로 구성되는 층상 구조의 형태 및 두께와, 상기 층상 구조에 포함된 조셉슨 접합의 수를 제어하는 것이 필수적이다. 더하여, 상기 층상 구조를 통한 투과 전류를 균일하게 흘려주기 위해서 층상 구조의 양면을 임의로 가공하고 거기에 전극을 부착하는 것이 필수적이다. 그러나, 상기 층상 구조의 형태와 두께, 상기 층상 구조에 포함된 조셉슨 접합의 수를 제어하거나, 상기 층상 구조의 양면에 전극을 부착하는 기술은 정확하게 확립되어 있지 않으며, 대부분이 연구에 의한 가능성을 제시하고 있는 단계이다. 더하여, 상기 제안되는 공정 역시 그 재현성이 매우 낮고 표준 공정화 할 수 없는 문제점을 안고 있다. 또한 고온 초전도체의 경우에는 물질 표면의 특성 때문에 조셉슨 접합부와 외부를 연결 할 수 있는 전극을 형성하는 어렵다는 문제점을 지니고 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 Bi2Sr2CaCu2O8+x와 같은 고온초전도체 단결정이 선천성으로 매우 얇은 CuO2초전도층과 절연층(insulatinglayer)의 조셉슨 접합으로 구성되는 층상 구조의 형태 및 두께와, 상기 층상 구조에 포함된 조셉슨 접합의 수를 제어할 수 있고, 상기 층상 구조의 양면에 전극을 부착할 수 있는 고온 초전도체 조셉슨 접합 단상 구조를 제공하는 데 있다. 또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 고온 초전도체 조셉슨 접합 단상 구조를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 Bi2Sr2CaCu2O8+x와 같은 고온초전도체 단결정이 선천성으로 매우 얇은 CuO2초전도층과 절연층(insulatinglayer)의 조셉슨 접합으로 구성되는 층상 구조의 형태 및 두께와, 상기 층상 구조에 포함된 조셉슨 접합의 수를 제어할 수 있고, 상기 층상 구조의 양면에 전극을 부착할 수 있는 고온 초전도체 조셉슨 접합 단상 구조를 제공하는 데 있다. 또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 고온 초전도체 조셉슨 접합 단상 구조를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 고온 초전도체 조셉슨 접합 단상 구조 및 그 제조방법에 의하면, Bi2Sr2CaCu2O8+x와 같은 고온초전도체 단결정을 미세 패터닝(micropatterning) 공정과 건식 식각(dry etching) 공정을 이용하여 패터닝한다. 이에 따라, Bi2Sr2CaCu2O8+x와 같은 고온초전도체 단결정이 선천성으로 매우 얇은 CuO2초전도층과 절연층(insulating layer)의 조셉슨 접합으로 구성되는 층상 구조의 형태 및 두께와, 상기 층상 구조에 포함된 조셉슨 접합의 수를 제어하며 층상구조의 양면을 임의로 가공할 수 있다. 또한, 본 발명의 고온 초전도체 조셉슨 접합 단상 구조 및 그 제조방법에 의하면, 초전도체 단결정을 박막처럼 사용할 뿐만 아니라, 초전도체 단결정 기저부가 제거된 선천성 조셉슨 접합으로 구성된 층상 구조의 상하 양면에 초미세 가공을 가공할 수 있어 한 면에만 초미세 가공이 가능한 박막의 경우보다 다양한 미세 형상의 성형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 양면 가공한 고온 초전도체 조셉슨 접합 단상 구조 및 그 제조방법은 상술한 테라 헤르츠(THz) 발진소자 이외에 선천성 고온 초전도 조셉슨 접합을 이용한 전압 표준 소자, 믹서(mixer), 초전도 양자 간섭 소자(superconducting quantum interference device(SQUID)) 등의 능동 소자에 이용될 수 있다.
도 1 내지 도 8은 본 발명에 의해 양면 가공된 고온 초전도체 조셉슨 접합 단상 구조의 제조방법 및 그에 따른 구조를 설명하기 위하여 도시한 도면들이다.
조셉슨 플럭손을 적절하게 이용하기 위해서는 Bi2Sr2CaCu2O8+x와 같은 고온 초전도체(high-Tc superconductor) 단결정(single crystal)이 선천성으로 매우 얇은 CuO2 초전도층과 절연층(insulating layer)의 조셉슨 접합으로 구성되는 층상 구조의 형태 및 두께와, 상기 층상 구조에 포함된 조셉슨 접합의 수를 제어하는 것이 필수적이다. 더하여, 상기 층상 구조를 통한 투과 전류를 균일하게 흘려주기 위해서 층상 구조의 양면을 임의로 가공하고 거기에 전극을 부착하는 것이 필수적이다.
200:전극
Claims (10)
- 기판 상에 부착되고 선천성으로 초전도층과 절연층의 조셉슨 접합의 층상 구조로 이루어지고, 전체적으로는 단상 구조로 이루어지는 초전도체 단결정;
상기 초전도체 단결정의 하면 및 상면에 형성되고 분할되어 있는 금층;
상기 초전도체 단결정의 하면의 분할된 금층에 전기적으로 분리되어 부착되고 상기 기판 상에 위치하는 제1 전압 전극 및 제1 전류 전극; 상기 초전도체 단결정의 상면의 금층에 전기적으로 분리되어 부착된 제2 전압 전극 및 제2 전류 전극; 및
상기 제1 전압 전극 및 제1 전류 전극의 일부면과 상기 제2 전압 전극 및 제2 전류 전극이 노출되도록 상기 기판 상에 형성된 층간 절연층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고온 초전도체 조셉슨 접합 단상 구조. - 제1항에 있어서, 상기 제1 전류 전극 및 제2 전류 전극이 각각 제1 전압 전극 및 제2 전압 전극보다 큰 면적으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고온 초전도체 조셉슨 접합 단상 구조.
- 제1항에 있어서, 상기 초전도체 단결정은 Bi2Sr2CaCu2O8+x계단결정으로 구성하고, 상기 Bi2Sr2CaCu2O8+x계 단결정은 선천적으로 1.5 nm 주기로 적층되는 0.3 nm의 CuO2초전도층과 1.2 nm 두께의 절연층으로 이루어지는 조셉슨 접합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 초전도체 조셉슨 접합 단상 구조.
- 제1 기판 상에 선천성으로 초전도층과 절연층의 조셉슨 접합의 층상 구조로 이루어지는 초전도체 단결정을 고정시키는 단계;
상기 초전도체 단결정 표면에 제1 금층을 형성하는 단계;
상기 제1 금층 및 초전도체 단결정을 패터닝하여 제1 기판 상에는 넓은 면적으로 초전도체 단결정 기저부, 좁은 면적의 초전도체 단결정 단상부 및 패터닝된 제1 금층을 형성하는 단계;
상기 제1 금층을 4단자 측정이 가능하도록 분할하는 단계; 상기 제1 금층을 4단자 측정이 가능하도록 분할하는 단계;
상기 분할된 제1 금층 상에 각각 전기적으로 연결되는 제1 전류 전극 및 제1 전압 전극을 형성하는 단계;
상기 제1 기판을 뒤집어 최상층에 위치하는 제1 전류 전극 및 제1 전압 전극을 제2 기판에 부착하여 고정하는 단계;
상기 제1 기판을 떼어내면서 상기 초전도체 단결정 기저부도 떼어내어 상기 초전도체 단결정 단상부의 배면이 노출되는 단계;
상기 초전도체 단결정 단상부의 배면 상에 제2 금층을 증착하는 단계;
상기 제2 금층을 4단자 측정이 가능하도록 분할하는 단계;
상기 제1 전압 전극 및 제1 전류 전극의 일부면이 노출되도록 상기 제2 기판 상에 층간 절연층을 형성하는 단계; 및 상기 분할된 제2 금층 상에 각각 전기적으로 연결되는 제2 전류 전극 및 제2 전압 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고온 초전도체 조셉슨 접합 단상 구조의 제조방법. - 제4항에 있어서, 상기 제1 전류 전극 및 제2 전류 전극이 각각 제1 전압 전극 및 제2 전압 전극보다 큰 면적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 고온 초전도체 조셉슨 접합 단상 구조의 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 초전도체 단결정은 Bi2Sr2CaCu2O8+x계단결정으로 형성하고, 상기 Bi2Sr2CaCu2O8+x계 단결정은 선천적으로 1.5 nm 주기로 적층되는 0.3 nm의 CuO2초전도층과 1.2 nm 두께의 절연층으로 이루어지는 조셉슨 접합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 초전도체 조셉슨 접합 단상 구조의 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 초전도체 단결정을 제1 기판에 고정시키는 단계는, 상기 제1 기판 상에 포토레지스트(photoresist)나 폴리이미드(polyimide)를 액체 상태에서 스핀(spin)코팅하는 단계와, 상기 포토레지스트나 폴리이미드가 코팅된 상기 제1 기판 위에 초전도체 단결정을 올려놓은 후 하드 베이킹(hard baking)하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고온 초전도체 조셉슨 접합 단상 구조의 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 초전도체 단결정 단상부, 초전도체 단결정 기저부, 및 패터닝된 제1 금층은 미세 패터닝(micropatterning)공정과 건식 식각(dry etching) 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 고온 초전도체 조셉슨 접합 단상 구조의 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 초전도체 단결정 단상부의 높이는 식각시간을 조정하여 조절하는 것을 특징으로 하는 고온 초전도체 조셉슨 접합 단상 구조의 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 제1 금층 분할을 위한 식각시 상기 초전도체 단결정 단상부도 일부 식각되는 것을 특징으로 하는 고온 초전도체 조셉슨 접합 단상 구조의 제조방법.
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| KR1020130001987A KR20130019443A (ko) | 2013-01-08 | 2013-01-08 | 양면 벽개가공 기법을 이용한 고온 초전도체 조셉슨 접합단상 구조 및 그 제조방법 |
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| KR1020130001987A KR20130019443A (ko) | 2013-01-08 | 2013-01-08 | 양면 벽개가공 기법을 이용한 고온 초전도체 조셉슨 접합단상 구조 및 그 제조방법 |
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| KR (1) | KR20130019443A (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105576115A (zh) * | 2015-12-24 | 2016-05-11 | 南京大学 | 一种双面结高温超导bscco太赫兹源的制备方法 |
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2013
- 2013-01-08 KR KR1020130001987A patent/KR20130019443A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
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| CN105576115A (zh) * | 2015-12-24 | 2016-05-11 | 南京大学 | 一种双面结高温超导bscco太赫兹源的制备方法 |
| CN105576115B (zh) * | 2015-12-24 | 2018-04-17 | 南京大学 | 一种双面结高温超导bscco太赫兹源的制备方法 |
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