KR950009637B1 - YBCO/MgO/Au 구조의 3극 대역통과여파기의 제조방법 - Google Patents
YBCO/MgO/Au 구조의 3극 대역통과여파기의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 본 발명에 따라 고온초전도 필터회로패턴을 기판 위에 증착하기 위해 "레이저 애블레이션을 응용한 금속 마스크 형상화공정(Iaser ablation aicded metaIpatteming proces)에 대한 개략도.
제2도는 고온초전도 단결정 박막을 이용하여 제작된 Y-Ba-Cu-O/MgO/Au구조의 3극-대억통과 여파기의 단면도.
제3도는 대역통과 여파기의 회로패턴만을 강조하기 위해 나타낸 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 스테인레스 스틸로 제작한 금속마스크(metl-mask)
2 : 엑시머 레이저(excimer laser)에 의해 타깃으로 부터 이탈 되는(ablated) 타깃 구성원소들의 집합체(plume)
3 : 금속마스크에 피복시킨 고온 초전도체(YBa2Cu3O7-x)의 후막
4 : 마이크로파용 대역통과 여파기의 회로패턴(제2도, 제3도에서는 (6)임)
5 : 유전체 단결정 MgO기판 6 : YBa2Cu3O7-x박막
7 : 점지평면
6' : 삼극대역통과 여파기(3-Polebandpas filter)의 회로패턴.
본 발명은 산화물 고온초전도 박막을 이용하여 제작한 3극 대역통과 여파기(3-pole bandpass filter)에 관한 것이다. 산화물 고온초전도체는 조성이 복잡한 다성분체(多性分體)이지만, 소규모 전자공화(microelectronics)에 응용하기 위해서는 특성이 우수한 에피택셜 박막형태로 제조되어야 한다.
또한, 고온초전도 박막의 임계특성을 향상시키기 위해 잘알려진(in situ) 방법으로 성장시키고 있으며 고온 초전도 단일층 박막을 미세형상화하여 고주파 수동소자들을 개발하고 있다. 한편, 고주파 소자를 제작하기 위한 최적공정변수의 확보를 위해서는 포토리소그래피 및 습식식각과 같은 반도체 공정파 결합되어야 한다.
그러나, 이러한 반도체 공정은 여러가지 복잡한 단계를 요구할 뿐만아니라 공정과정에서 수반되는 수분과 유기물에 의해 초전도 박막은 초전도성의 열화(劣化)를 겪게 된다.
본 발명의 목적은 고온초전도 박막을 이용한 마이크로파(microwave)용 대역통과 여파기의 제작방법을 제공하는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 펄스레이저 증착(pulsed laser deposition)방법 즉, 레이저 애블레이션(laser ablation)방법으로 여파기의 회로패턴을 유전체 단결정 기판위에 직접 형성시켰다. 현재 연구되고 있는 고주파 수동소자의 회로패턴 선폭이 반도체 소자에 비해 훨씬 넓기때문에, 여러가지 복잡한 공정을 대폭 줄이면서 초전도성의 열화도 최소화하기 위하여 채택한 펄스 레이저 증착법을 응용한 금속 마스크 미세형상화 공정은 고진공 템버(high vaccum chamber)내에서 이루어진다. 이제부터 첨부될 도면을 참조하면서 본 발명에 대해 상세하게 설명하겠다.
제1도는 레이저 애볼레이신을 응용한 금속마스크 형상화공정(laser ablation aided metal mask-patternimg proces)를 나타낸 것이다
외부에 있는 엑시머 레이저로부터 고에너지의 빔(beam)이 YBa2Cu3O7-x소결체(타깃)에 입사하게 되면 타깃으로부터 이탈 되어 나오는 클러스터(cluster; 타깃을 구성하는 원자, 분자, 또는, 그들의 집합체등)들이 모여 플럼(plume)(2)을 형성하게 되고, 이들은 레이저에 의해 가공된 0.2㎜두께의 스테인레스(stainless)금속마스크(1)를 통해 박막제조용 단결정 MgO기판(5)위에 도달하게 된다.
경험적인 레이저 빔의 발사(shot)수에 의해 필요한 두께만큼 증착한후(800℃에서), 산소분위기의 챔버내에서 냉각시킨다. 이러한 공정후에 금속마스크를 제거하면 원하는 두께(350㎚)를 가진 박막형 회로패턴(6)이 단결정기판(5) 위에 형성된다. 참고로 금속마스크(1)상에 미리 피복된 박막(3)은 제조할 박막형 회로패턴의 조성에 도움을 주고, 증착분위기를 좋게하기 위해 금속마스크(1)의 뒷면(또는 앞면)에 고온초전도 박막을 피복시킨 것이다.
제2도는 본 발명의 목적에 따라 평면형 YBa2Cu3O7-x/MgO)/Au구조의 고주파 대역통과 여파기의 제작과정을 나타낸 것이다. 우선, 금속마스크 형상화 공정(제1도 참조)으로 유전상수(ε)가 9.6인 MgO 단결정기판(5)위에 박막형태의 회로패턴(6)을 형성시킨다.
이 경우, 발열체(heater)가 부착된 홀더(도시되지 않음)에 단결정 기판을 은 접착체(Ag-paste)로서 접착시키고, 플럼 (plume) 에 수직되게 위치시킨다.
홀더의 온도를 800℃정도 올리면서 패턴을 형성시키기 때문에, 이 단계가 끝나면 기판(5)을 홀더에서 떼어내고 은 접착제를 깨끗이 제거한후, 전자선 증발기나 열증발기에 의해 접지평면(7)을 위한 금속박막(Au 두께 1㎛정도)을 증착해야 한다.
이 증착단계에서는 대역통과 여파기의 성능시험에 오류가 발생하지 않게, 앞서 형성시킨 회로패턴(6)에 미세한 손상(scratch, 흡집, 균열)등이 생기지 않도록 세심한 주의가 필요하다.
한편 접지평면(7)이 증착되고 나면, 정밀측정이 가능하도록 컨넥터의 핀(pin)과 회로패턴(6)의 가장자리결합선(edge coupled line)을 접촉시키기 위해 가장자리 결합선 위에 전도성 금속(Au) 박막의 패드(pad)를 형성시켜야 한다. 이 경우에도 세심한 주의가 필요하다.
이러한 공정이 끝나면 일반용 전기로를 이용하여 400℃정도, 산소분위기에서 1시간점도 열처리하여 저항접촉(ohmic contact)과 접지평면(7)을 완성하면 고주파용(∼10㎓) 고온초전도 대역 통과 여파기가 제작된다.
그리고 고온초전도 에피택셜 박막제조 및 고주파 소자의 개발을 위해서는 기판의 선택이 매우 중요하다.
일반적으로 기판은 증착하는 박막과 격자상수 및 열팽창계수가 비슷해야하고, 박막과 기판사이의 계면에서는 상호 화산(相互擴散)이 없어야 한다.
본 발명에 사용한 MgO기판(5)은 다른 기판(예를들면, LaAlO3, SrTiO3, LaGaO3등)에 비해 가격, 크기및 기계적 성질면에서는 유리하나, 고온초전도체와의 격자상수에서 차이가 크다. 제3도는 마이크로스트립 대역통과 여파기의 평면도를 나타낸 것이다.
제3도의 하부에 있는 회로패턴은 단결정 MgO기판(5)의 유전특성(유전상수, 유전손실등)과 기판의 두께등을 변수로하여 고주파 부품 개발용 시뮬레이션(EEsof)을 통해 구한 최적설계 패턴으로, 공진기(resonator)의 공명특성을 결합시키는 방식을 이용하여 제작한 3극 대역통과 여파기(3-pole bandpassfilter) 이다.
고주파 수동소자의 기본은 공명현상을 이용하는 공진기(resonator)이지만, 실제로 부품화하거나 능동소자와 결합시켜 하이브리드(hybrid)소자를 개발하기 위해서는 특정주파수 대역에서 필요한 대역폭을 갖는 여파기 (filter) 가 핵심소자이다.
실제로, 수㎓ 이상의 초고주파 영억에서 대용량의 정보를 손실없이 고속으로 처리할 수 있고 넓은 범위에서 동시적으로 상호전송(相互傳送)하기 위해서는 다양한 여파기의 개발이 요구되고 있다.
따라서 앞서 설명한 바와같이 본 발명의 고주파용 고온초전도 대역통과 여파기는 차세대를 겨냥한 이동통신 및 위성통신용 송수신 시스템의 핵심부품으로 각광을 받을 수 있을 뿐만 아니라, 초전도 특성을 이용하기 때문에 손실 및 잡음 특성이 대폭 개선되고, 고집적에 위한 경박단소화된 초고주파 부품개발에 큰 효과를 줄것으로 기대된다.
Claims (2)
- 유전체 단결정 MgO기만(5)과, 상기 유전체 단결정 MgO 기판(5)위에 형성시킨 회로 패턴을 갖는 고온 초전도 박박(6)과, 상기 유전체 단결정 MgO 기판(5) 아래에 전도성 금손에 의해 형성되는 접지평면(7)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 YBCO/MgO/Au 구조의 3극 대역통과 여파기의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 접지평면(7)은 1㎛정도의 두께를 갖는 Au인 것을 특징으로 하는 YBCO/MgO/Au구조의 3극 대역통과 여파기의 제조방법.
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