RU2550749C1 - Способ формирования тонкопленочных микромостиков - Google Patents
Способ формирования тонкопленочных микромостиков Download PDFInfo
- Publication number
- RU2550749C1 RU2550749C1 RU2013158203/28A RU2013158203A RU2550749C1 RU 2550749 C1 RU2550749 C1 RU 2550749C1 RU 2013158203/28 A RU2013158203/28 A RU 2013158203/28A RU 2013158203 A RU2013158203 A RU 2013158203A RU 2550749 C1 RU2550749 C1 RU 2550749C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- fixed
- plate
- thermal expansion
- gap
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к приборам с использованием сверхпроводимости, в частности к приборам с переходом между различными материалами с использованием эффекта Джозефсона. Указанный результат достигается тем, что предложен способ формирования тонкопленочных микромостиков, в котором наносят сверхпроводящий материал на подложку через маску, при этом в качестве маски используют пластины из тугоплавких материалов заданной геометрии, между остриями пластин при начальной фиксированной температуре T1 формируют величину первичного фиксированного зазора d1 и его геометрию, рассчитывают величину вторичного зазора, получаемой ширины микромостика d2 в зависимости от конечной фиксированной температуры T2 по формуле
d2=d1-{α1L1(T2-T1)+α2L2(T2-T1)}-α3{(L1+L2+d1)(T2-T1)},
где:
L1 - расстояние от линии фиксации первой пластины до зазора,
L2 - расстояние от линии фиксации второй пластины до зазора,
T1 - начальная фиксированная температура,
T2 - конечная фиксированная температура,
α1 - температурный коэффициент теплового расширения первой тугоплавкой пластины,
α2 - температурный коэффициент теплового расширения второй тугоплавкой пластины,
α3 - температурный коэффициент теплового расширения подложки, затем производят: нагрев, напыление или лазерную абляцию сверхпроводящего материала фиксированной длительности t и фиксированной энергии E, определяющих конечную фиксированную температуру T2. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к приборам с использованием сверхпроводимости, в частности к приборам с переходом между различными материалами с использованием эффекта Джозефсона.
Известен способ получения металлических микромостиков а.с. СССР №1485970, включающий электрохимическое травление металлического кристалла до образования узкого перешейка, соединяющего два массивных электрода, при этом перешеек расплавляют проходящим через него в режиме заданного напряжения током и выдерживают в расплавленном состоянии до уменьшения его размеров до заданной величины. Недостатком данного метода является невозможность его применения для сверхпроводимых микромостиков, поскольку при температуре плавления ВТСП пленок деградируют сверхпроводящие свойства и технологически трудно установить однозначную зависимость между толщиной микромостика и временем его плавления.
Известен способ формирования пленочных микромостиков из высокотемпературных сверхпроводников, патент РФ №2080693, включающий нанесение пленки высокотемпературного сверхпроводника и формирование в ней путем фотолитографии дорожки со слабой связью, при этом формирование слабой связи осуществляют облучением поперек дорожки сфокусированным электронным лучом с дозой облучения не менее 5*1019 см-2.
Недостатком данного решения является технологически трудно осуществимое регулирование параметров токов микромостика в зависимости от дозы облучения.
Кроме того, известно три традиционных метода формирования сверхпроводящих тонкопленочных микромостиков: фотолитография, ионно-лучевая литография, лазерное скрайбирование. При первом методе сверхпроводящая пленка подвергается химическому и термическому воздействию, что влияет на сверхпроводящие свойства микромостика, а сам процесс фотолитографии достаточно длительный и требует применения специальных масок, реактивов, обученного персонала. При втором методе требуется наличие сложного дорогостоящего оборудования и специальных масок. При лазерном скрайбировании сфокусированный лазерный луч оставляет следы реза на подложках и они становятся непригодными для повторного использования. Для этого их необходимо заново шлифовать и полировать.
Задачей настоящего изобретения является улучшение: технологичности, воспроизводимости, точности - получения заданных токов сверхпроводящих тонкопленочных микромостиков.
Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ формирования тонкопленочных микромостиков, в котором наносят сверхпроводящий материал на подложку через маску, при этом в качестве маски используют пластины из тугоплавких материалов заданной геометрии, между остриями пластин при начальной фиксированной температуре T1 формируют величину первичного фиксированного зазора d1 и его геометрию, рассчитывают величину вторичного зазора, получаемой ширины микромостика d2 в зависимости от конечной фиксированной температуры T2 по формуле
d2=d1-{α1L1(T2-T1)+α2L2(T2-T1)}-α3{(L1+L2+d1)(T2-T1)},
где:
L1 - расстояние от линии фиксации первой пластины до зазора,
L2 - расстояние от линии фиксации второй пластины до зазора,
T1 - начальная фиксированная температура,
T2 - конечная фиксированная температура,
α1 - температурный коэффициент теплового расширения первой тугоплавкой пластины,
α2 - температурный коэффициент теплового расширения второй тугоплавкой пластины,
α3 - температурный коэффициент теплового расширения подложки, затем производят: нагрев, напыление или лазерную абляцию сверхпроводящего материала фиксированной длительности t и фиксированной энергии E, определяющих конечную фиксированную температуру T2.
Кроме того, при оптимальным варианте реализации способа пластины из тугоплавких материалов шлифуются под углом 15-30 градусов в месте образования микромостика, при этом шлифовка осуществляется только с одной стороны плоскопараллельной пластины.
Заявляемый способ заключается в том, что на подложке непосредственно формируется готовый микромостик или микромостики в той области, где необходимо исследовать свойства сверхпроводящей пленки или изготовить джозефсоновский переход. Над подложкой в требуемом месте, на которую напыляется сверхпроводящая пленка, с помощью специального нихромового держателя закрепляются затеняющие заостренные тонкие пластинки из плавленого кварца или оксида алюминия, как показано на фиг.1. Между остриями пластин выставляется микрозазор, такой что при температуре напыления 800-840°C с учетом термического расширения материала он будет соответствовать требуемому размеру формируемого сверхпроводящего мостика (фиг.2). Чтобы свести к минимуму уход толщины и размера мостика, тонкие пластинки плавленого кварца или оксида алюминия шлифуются тонким абразивом как ножи под углом 15-30 градусов в месте образования микромостика. Шлифовка осуществляется только с одной стороны плоскопараллельной пластинки. При такой подготовке их очень легко выставлять на подложку под измерительным микроскопом.
Способ позволяет формировать микромостики различной ширины от 2 мкм до 1 мм. Для примера на фиг.3-5 показаны фотографии микромостиков шириной 130, 40 и 15 мкм соответственно без ножевых шлифов.
Экспериментально обнаружено, что первичный зазор, выставленный между остриями пластин, оказывается больше, чем ширина сформированного микромостика, что связано с расширением материала экранирующих пластин при нагреве в печи вакуумной напылительной камеры, в результате чего зазор уменьшается. Такое термическое расширение пластин позволяет выращивать более узкие микромостики шириной порядка единиц микрометров.
Дополнительное расширение можно рассчитать по формуле
где α - температурный коэффициент теплового расширения; x0 - межатомное расстояние в положении равновесия; <x> - среднее межатомное расстояние при температуре T; g - коэффициент ангармоничности; β - коэффициент квазиупругой силы; kb - постоянная Больцмана.
В таблице 1 представлены коэффициенты линейного теплового расширения пластин монокристаллического и поликристаллического оксида алюминия.
Таблица 1. | ||||
Кристалл | Диапазон температур, °C | Коэффициенты линейного расширения | ||
α1, град-1 | α2, град-1 | α3, град-1 | ||
Al2O3 - анизотропный кристалл | 20÷50 | 6,66·10-6 | 5,0·10-6 | 5,0·10-6 |
52÷677 | 6,58·10-6 | 5,42·10-6 | 5,42·10-6 | |
20÷1000 | 9,03·10-6 | - | - | |
Al2O3 - изотропный материал | 20÷1000 | 8,4·10-6 | - | - |
α1 - коэффициент расширения вдоль главной оси симметрии кристалла;
α2 и α3 - коэффициенты расширения перпендикулярно главной оси.
Для исключения влияния анизотропии коэффициента линейного расширения целесообразно использовать изотропные платины Al2O3. Тогда для пластины длиной L0=1 мм при температуре в напылительной камере T=840°C и соответствующем коэффициенте линейного расширения α=8,4·10-6 град-1 дополнительное приращение длины пластины из поликристаллического оксида алюминия дает значение ΔL=αL0ΔT=6,9 мкм.
На фиг.6 показана микрофотография и разъясняющая схема, экспериментально подтверждающая уширение затеняющей пластиной. В эксперименте использовались изотропные пластинки оксида алюминия длиной 6 мм. Сначала производилось напыление тонкой пленки при температуре 20°C, а затем при температуре 840°C производилось дополнительное напыление толстой пленки. Различная толщина пленок позволяет визуализировать смещение границы затеняющей пластины в результате теплового расширения. На фиг.6 слева, между метками 1 и 2, находится тонкая пленка, напыленная при температуре 20°C, а справа от метки 2 находится толстая пленка, напыленная при температуре 840°C. Ширина полосы тонкой пленки, определяемая уширением затеняющей пластины из оксида алюминия, составляет около 40 мкм, что хорошо согласуется с расчетными данными.
Таким образом решается задача изобретения - улучшение: технологичности, воспроизводимости, точности - получения заданных размеров и параметров сверхпроводящих тонкопленочных микромостиков.
Claims (2)
1. Способ формирования тонкопленочных микромостиков, в котором наносят сверхпроводящий материал на подложку через маску, отличающийся тем, что в качестве маски используют пластины из тугоплавких материалов заданной геометрии, между остриями пластин при начальной фиксированной температуре T1 формируют величину первичного фиксированного зазора d1 и его геометрию, рассчитывают величину вторичного зазора, получаемой ширины микромостика d2 в зависимости от конечной фиксированной температуры T2 по формуле
d2=d1-{α1L1(T2-T1)+α2L2(T2-T1)}-α3{(L1+L2+d1)(T2-T1)},
где:
L1 - расстояние от линии фиксации первой пластины до зазора,
L2 - расстояние от линии фиксации второй пластины до зазора,
T1 - начальная фиксированная температура,
T2 - конечная фиксированная температура,
α1 - температурный коэффициент теплового расширения первой тугоплавкой пластины,
α2 - температурный коэффициент теплового расширения второй тугоплавкой пластины,
α3 - температурный коэффициент теплового расширения подложки,
затем производят: нагрев, напыление или лазерную абляцию сверхпроводящего материала фиксированной длительности t и фиксированной энергии E, определяющих конечную фиксированную температуру T2.
d2=d1-{α1L1(T2-T1)+α2L2(T2-T1)}-α3{(L1+L2+d1)(T2-T1)},
где:
L1 - расстояние от линии фиксации первой пластины до зазора,
L2 - расстояние от линии фиксации второй пластины до зазора,
T1 - начальная фиксированная температура,
T2 - конечная фиксированная температура,
α1 - температурный коэффициент теплового расширения первой тугоплавкой пластины,
α2 - температурный коэффициент теплового расширения второй тугоплавкой пластины,
α3 - температурный коэффициент теплового расширения подложки,
затем производят: нагрев, напыление или лазерную абляцию сверхпроводящего материала фиксированной длительности t и фиксированной энергии E, определяющих конечную фиксированную температуру T2.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пластины из тугоплавких материалов шлифуются под углом 15-30 градусов в месте образования микромостика, при этом шлифовка осуществляется только с одной стороны плоскопараллельной пластины.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013158203/28A RU2550749C1 (ru) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | Способ формирования тонкопленочных микромостиков |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013158203/28A RU2550749C1 (ru) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | Способ формирования тонкопленочных микромостиков |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2550749C1 true RU2550749C1 (ru) | 2015-05-10 |
Family
ID=53294102
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013158203/28A RU2550749C1 (ru) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | Способ формирования тонкопленочных микромостиков |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2550749C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2632630C1 (ru) * | 2016-06-06 | 2017-10-06 | ФАНО России Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Способ изготовления устройств со свободно висящими микромостиками |
RU2685082C1 (ru) * | 2018-06-19 | 2019-04-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Способ изготовления воздушных мостиков в качестве межэлектродных соединений интегральных схем |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2107358C1 (ru) * | 1997-01-13 | 1998-03-20 | Багомед Магомедович Алаудинов | Способ изготовления высокотемпературного сверхпроводящего перехода джозефсона |
SU1331382A1 (ru) * | 1985-07-22 | 2000-07-10 | А.Я. Байков | Точечный контакт джозефсона |
RU2375789C1 (ru) * | 2008-06-09 | 2009-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | Способ формирования сверхпроводящей тонкой пленки, имеющей области с различными значениями плотности критического тока |
-
2013
- 2013-12-26 RU RU2013158203/28A patent/RU2550749C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1331382A1 (ru) * | 1985-07-22 | 2000-07-10 | А.Я. Байков | Точечный контакт джозефсона |
RU2107358C1 (ru) * | 1997-01-13 | 1998-03-20 | Багомед Магомедович Алаудинов | Способ изготовления высокотемпературного сверхпроводящего перехода джозефсона |
RU2375789C1 (ru) * | 2008-06-09 | 2009-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | Способ формирования сверхпроводящей тонкой пленки, имеющей области с различными значениями плотности критического тока |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2632630C1 (ru) * | 2016-06-06 | 2017-10-06 | ФАНО России Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Способ изготовления устройств со свободно висящими микромостиками |
RU2685082C1 (ru) * | 2018-06-19 | 2019-04-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Способ изготовления воздушных мостиков в качестве межэлектродных соединений интегральных схем |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Anderson et al. | Minimizing feature width in atom optically fabricated chromium nanostructures | |
Fu et al. | Oriented lateral growth of two-dimensional materials on c-plane sapphire | |
EerNisse | Viscous flow of thermal SiO2 | |
US20050029827A1 (en) | Nano-gripper and method of producing same | |
RU2550749C1 (ru) | Способ формирования тонкопленочных микромостиков | |
CN104701146B (zh) | 石墨烯纳米电子器件及其制备方法 | |
Alderman et al. | On the germanium–oxygen coordination number in lead germanate glasses | |
Ganesh et al. | Comparative study on BIS thiourea cadmium acetate crystals using HRXRD, etching, microhardness, UV–visible and dielectric characterizations | |
JP6136666B2 (ja) | 光導波路および電気光学デバイス | |
Noah et al. | Interdiffusion in epitaxial, single-crystalline Au/Ag thin films studied by Auger electron spectroscopy sputter-depth profiling and positron annihilation | |
CN104237989A (zh) | 超短脉冲激光诱导自组装特性进行大面积光栅制作方法 | |
Heeg et al. | Growth and properties of epitaxial rare-earth scandate thin films | |
JPS6119182A (ja) | 薄膜ホール効果変換器の製造方法 | |
JP2015521107A (ja) | 高精細ナノ構造を除去する方法、部分的独立層、部分的独立層を備えるセンサー、及びそのセンサーを使用する方法 | |
CN214150510U (zh) | 一种透射电镜高分辨原位温差加压芯片 | |
May-Smith et al. | Comparative growth study of garnet crystal films fabricated by pulsed laser deposition | |
RU2566142C2 (ru) | Способ формирования бидоменной структуры в пластинах монокристаллов сегнетоэлектриков | |
CN104359941B (zh) | 一维材料的局部定位方法 | |
CN108681181B (zh) | 显微二阶非线性极化率光学元件的激光辅助热极化设备及方法 | |
CN112129793A (zh) | 一种透射电镜高分辨原位温差加压芯片及其制备方法 | |
Ma et al. | Orientation dependence of swift heavy ion track formation in potassium titanyl phosphate | |
Pruneri et al. | High second-order optical nonlinearities in thermally poled sol-gel silica | |
Yang et al. | Fabrication of superconducting NbN meander nanowires by nano-imprint lithography | |
Filipescu et al. | Silicon carbide thin films as nuclear ceramics grown by laser ablation | |
Okura et al. | New Na+ superionic conductor Narpsio glass-ceramics |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171227 |