TWI488994B - 超導薄膜的缺陷修補方法、鍍膜方法與以此方法製作的超導薄膜 - Google Patents
超導薄膜的缺陷修補方法、鍍膜方法與以此方法製作的超導薄膜 Download PDFInfo
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Description
本發明是有關於一種超導薄膜技術，且特別是有關於一種超導薄膜的缺陷修補方法、鍍膜方法與以此方法製作的超導薄膜。
一般超導薄膜在臨界溫度下的傳導電流因電阻是零，不會隨電流增加而使導線發熱，導致阻值上升而使電流密度下降。然而實際上超導薄膜是單晶結構，所以於生產過程容易產生缺陷，導致臨界電流密度下降。
因此，目前的解決方式只有將有缺陷的部分捨棄不用，但是這大大影響超導薄膜之良率。另外，目前也有部分技術的發展是利用電性接合的方式，連結兩個分開的超導薄膜，但是這種技術只能維持其導電特性，而失去高溫超導的特性，徒增持(低)溫的成本。
本發明提供一種超導薄膜的缺陷修補方法，能快速即時修補超導薄膜，進而增加良率。
本發明另提供一種超導薄膜，具有超導修補結構。
本發明又提供一種超導薄膜之鍍膜方法，能提升薄膜良率。
本發明的超導薄膜的缺陷修補方法，包括在製作超導薄膜的過程中檢測超導薄膜，當檢測出其中具有缺陷時，於缺陷所在的位置形成一超導修補結構。
在本發明的一實施例中，在形成上述超導修補結構之前更包括移除缺陷所在的位置的超導薄膜。
在本發明的一實施例中，移除上述缺陷所在的位置的超導薄膜之方法包括雷射蝕刻。
在本發明的一實施例中，上述超導薄膜的材料與上述超導修補結構的材料各自包括釔鋇銅氧(Yttrium barium copper oxide,YBCO)、鋇鍶鈣銅氧化合物(Bi2
Sr2
Ca2
Cu3
O10
,BSCCO)、鉈鋇鈣銅氧化合物(Tl2
Ba2
Ca2
Cu3
O10
,TBCCO)或汞鉈鋇鈣銅氧化合物(Hg12
Tl3
Ba30
Ca30
Cu45
O127
,HBCCO)。
在本發明的一實施例中，形成上述超導修補結構之方法包括薄膜沉積製程，如脈衝雷射沉積(pulsed laser deposition，PLD)。
在本發明的一實施例中，上述形成上述超導修補結構之
方法包括將超導修補結構置於缺陷所在的位置，再利用微波加熱，使超導修補結構直接與超導薄膜黏合。
在本發明的一實施例中，上述利用微波加熱的方法更包括對超導修補結構與超導薄膜之重疊部位施加壓力。
本發明的超導薄膜是以上述方法製作的，其中超導薄膜具有超導修補結構。
在本發明的另一實施例中，上述的超導修補結構是位在上述超導薄膜中之缺陷所在的位置上。
在本發明的另一實施例中，上述的超導修補結構直接與上述超導薄膜黏合。
本發明的超導薄膜之鍍膜方法可形成具有一預定厚度的超導薄膜，所述方法包括以有機金屬氣相沉鍍法(MOCVD)鍍第一層超導薄膜，再以脈衝雷射法(PLD)在所述第一層超導薄膜上沉鍍第二層超導薄膜。
在本發明的又一實施例中，上述第一層超導薄膜的材料與第二層超導薄膜的材料各自包括釔鋇銅氧(YBCO)、鋇鍶鈣銅氧化合物(BSCCO)、鉈鋇鈣銅氧化合物(TBCCO)或汞鉈鋇鈣銅氧化合物(HBCCO)。
在本發明的又一實施例中，上述第一層超導薄膜之厚度例如是預定厚度的70%~90%，上述第二層超導薄膜之厚度例如是預定厚度的10%~30%。
基於上述，本發明的方法是在製程中，如經檢測發現有
缺陷，即進行修補，且修補的方式和時間均可配合卷對卷(R2R)生產線，所以能大幅增加超導薄膜之產品良率並因而降低成本。
為讓本發明的上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100~108‧‧‧步驟
200、300、700‧‧‧基板
202、302‧‧‧超導薄膜
202a‧‧‧被移除部位
204、304‧‧‧缺陷
206‧‧‧雷射蝕刻
208、306‧‧‧超導修補結構
210‧‧‧雷射源
212‧‧‧脈衝雷射
214‧‧‧靶材
308‧‧‧壓力
702‧‧‧第一層超導薄膜
704‧‧‧第二層超導薄膜
t1、t2‧‧‧厚度
圖1是依照本發明的一實施例的一種超導薄膜的缺陷修補步驟圖。
圖2A至圖2B是依照本發明的實施例的一種修補方式的剖面示意圖。
圖3是依照本發明的實施例的另一種修補方式的剖面示意圖。
圖4是實驗一的超導薄膜修補後之溫度-電阻圖(RT圖)。
圖5是實驗二的超導薄膜修補後之RT圖。
圖6是實驗三的超導薄膜修補後之RT圖。
圖7A至圖7B是依照本發明的又一實施例中的一種超導薄膜之鍍膜方法的剖面示意圖。
圖1是依照本發明的一實施例的一種超導薄膜的缺陷修補步驟圖。
請參照圖1，本實施例中的超導薄膜的缺陷修補方法是在製作超導薄膜的過程中檢測超導薄膜，所以在步驟100中先進行的是超導薄膜前製程，如以具有釔鋇銅氧(Yttrium barium copper oxide,YBCO)的超導薄膜為例，則可包括基底製作(substrate producing)、緩衝沉積(buffer deposition)、YBCO前驅體塗佈(YBCO precursor coating)、前驅體分解(precursor decomposition)、YBCO反應(YBCO reaction)等製程。所述超導薄膜前製程泛指檢測前的製程，一般是指超導材料形成的過程，且可藉由卷對卷(R2R)方式生產，但本發明並不限於此。此外，超導薄膜的材料例如是高溫超導材料，除以上提出的YBCO之外，還可以選用鋇鍶鈣銅氧化合物(Bi2
Sr2
Ca2
Cu3
O10
，BSCCO)、鉈鋇鈣銅氧化合物(Tl2
Ba2
Ca2
Cu3
O10
，TBCCO)、汞鉈鋇鈣銅氧化合物(Hg12
Tl3
Ba30
Ca30
Cu45
O127
，HBCCO)等材料。
然後在步驟102中，進行檢測，其中檢測方式例如X光(X-ray)檢測或者四點探針(4-point probe)檢測，但本發明並不限於此。當檢測出超導薄膜中具有缺陷時，則執行步驟106；反之，如無缺陷則進行步驟108。
在步驟106中，於缺陷所在的位置形成超導修補結構，其中超導修補結構的材料例如高溫超導材料，如釔鋇銅氧(YBCO)、鋇鍶鈣銅氧化合物(BSCCO)、鉈鋇鈣銅氧化合物(TBCCO)或汞鉈鋇鈣銅氧化合物(HBCCO)。上述超導修補結構的材料可以跟超導薄膜的材料相同，也可以不同於超導薄膜的材料。步驟106
的方式有數種可選擇，其內容將詳述於下文。
在步驟108中，進行超導薄膜後製程，如以具有YBCO的超導薄膜為例，則可包括銀沉積(Ag deposition)、氧回火(O2
annealing)、層合(lamination)、切割(web slitting)等。所述超導薄膜後製程泛指修補後的製程，一般是指超導材料形成後的製程，但本發明並不限於此。
圖2A至圖2B是依照本發明的上述實施例中的一種修補方式的剖面示意圖。
請參照圖2A，在基板200上形成有超導薄膜202，但是如經檢測(請見圖1之步驟102)後發現有缺陷204產生，譬如微塵、粉塵之類的異物型缺陷，則可利用雷射蝕刻206之類的方式移除缺陷204所在的位置的超導薄膜202，此時連同缺陷204也會被移除。
然後請參照圖2B，利用薄膜沉積製程形成超導修補結構208，且超導修補結構208是形成於超導薄膜202之被移除部位202a內。但是本發明並不限於此，超導修補結構208也可能延伸形成於超導薄膜202上。上述薄膜沉積製程例如脈衝雷射沉積(pulsed laser deposition，PLD)，因此圖中顯示有雷射源210與靶材214，當高功率脈衝雷射212對靶材214進行轟擊，會將靶材214汽化並沉澱於基板200上的特定位置。
在另一實施例中，可省略圖2A的移除步驟，直接在缺陷204所在的位置上進行圖2B的薄膜沉積製程，例如於缺陷本身不
大或者缺陷是存在於超導薄膜202內部的情況時。
圖3是依照本發明的上述實施例中的另一種修補方式的剖面示意圖。
在圖3中，如果在基板300上所形成的超導薄膜302內檢測出有缺陷304(請見圖1之步驟104)，則形成超導修補結構306之方法例如在缺陷304所在的位置上放置超導修補結構306，再利用微波加熱，因此超導修補結構306能直接與超導薄膜302黏合。而且，利用微波加熱時還可對超導修補結構306與超導薄膜302之重疊部位施加壓力308，譬如施予>1000kg/m2
的壓力，且所述壓力需小於使超導修補結構306與超導薄膜302破裂或損壞的壓力。當然，在微波加熱之前也可如同圖2A一樣，先移除缺陷304所在的位置的超導薄膜302，再黏合超導修補結構306與超導薄膜302。
本發明所提出以上兩種修補方式均可整合於卷對卷(R2R)方式的製程生產線。
以下列舉諸項實驗用以驗證本發明的功效，但本發明之範圍並不侷限於以下實驗。
利用脈衝雷射移除基板上的部分YBCO薄膜，再測其RT圖(溫度-電阻圖)，確認YBCO薄膜被破壞處失去導電特性，成為絕緣體。然後，針對移除部位重新鍍上一層YBCO薄膜，再測其RT圖，顯示於圖4。
超導薄膜修補前移除超導薄膜後，超導導線完全失去超導現象；也就是說，降至絕對溫度2K時，仍無出現零電阻之現象發生。但是進行修補後，即恢復高溫超導之現象，如圖4顯示臨界溫度達85K(>77K)。
直接量測具有缺陷的市售YBCO薄膜的RT圖，確認市售YBCO薄膜被破壞處失去導電特性，成為絕緣體。然後在具有缺陷的YBCO薄膜上直接重鍍一層YBCO薄膜，再測其RT圖，顯示於圖5。
超導薄膜修補前，超導導線完全失去超導現象。但是進行修補後，即恢復高溫超導之現象，如圖5顯示臨界溫度達85K(>77K)。
直接量測具有缺陷的YBCO薄膜的RT圖，確認YBCO薄膜被破壞處失去導電特性，成為絕緣體。然後在具有缺陷的YBCO薄膜上直接將一片超導修補結構置於超導薄膜內的缺陷上方，並使用微波加熱黏合，整個製程時間只要數分鐘即可完成，再測其RT圖，顯示於圖6。
超導薄膜修補前，超導導線完全失去超導現象。但是進行修補後，即恢復高溫超導之現象，如圖6顯示臨界溫度達85K(>77K)。
圖7A至圖7B是依照本發明的又一實施例中的一種超導
薄膜之鍍膜方法的剖面示意圖。
請參照圖7A，在基板700上先以有機金屬氣相沉鍍法(MOCVD)鍍第一層超導薄膜702，且此第一層超導薄膜702的厚度t1例如是所欲形成的超導薄膜的預定厚度的70%~90%。至於第一層超導薄膜702的材料例如釔鋇銅氧(YBCO)、鋇鍶鈣銅氧化合物(BSCCO)、鉈鋇鈣銅氧化合物(TBCCO)或汞鉈鋇鈣銅氧化合物(HBCCO)。
然後請參照圖7B，利用脈衝雷射法(PLD)在第一層超導薄膜702上沉鍍第二層超導薄膜704，且第二層超導薄膜704的厚度t2例如是所欲形成的超導薄膜的預定厚度的10%~30%。至於第二層超導薄膜704的材料例如釔鋇銅氧(YBCO)、鋇鍶鈣銅氧化合物(BSCCO)、鉈鋇鈣銅氧化合物(TBCCO)或汞鉈鋇鈣銅氧化合物(HBCCO)。上述第二層超導薄膜704的材料可以跟第一層超導薄膜702的材料相同，也可以不同於第一層超導薄膜702的材料。
綜上所述，本發明的修補方式無論先移除缺陷部位，或者不移除缺陷部位，都能藉由後續的修補技術，有效修復超導並使臨界溫度大於77K，回復高溫超導之狀態。因此本發明的技術能大幅增加超導薄膜之產品良率並因而降低成本。另外，本發明的鍍膜方法因為採用兩種製程，所以也可提升增加超導薄膜之產品良率。
100~108‧‧‧步驟
Claims (7)
- 一種超導薄膜的缺陷修補方法，包括：在製作超導薄膜的過程中檢測該超導薄膜；以及當檢測出該超導薄膜中具有缺陷時，進行一薄膜沉積製程，以於該缺陷所在的位置形成一超導修補結構。
- 如申請專利範圍第1項所述的超導薄膜的缺陷修補方法，其中在形成該超導修補結構之前更包括：移除該缺陷所在的位置的該超導薄膜。
- 如申請專利範圍第2項所述的超導薄膜的缺陷修補方法，其中移除該缺陷所在的位置的該超導薄膜之方法包括雷射蝕刻。
- 如申請專利範圍第1項所述的超導薄膜的缺陷修補方法，其中該超導薄膜的材料與該超導修補結構的材料各自包括釔鋇銅氧(Yttrium barium copper oxide,YBCO)、鋇鍶鈣銅氧化合物(Bi2 Sr2 Ca2 Cu3 O10 ,BSCCO)、鉈鋇鈣銅氧化合物(Tl2 Ba2 Ca2 Cu3 O10 ,TBCCO)或汞鉈鋇鈣銅氧化合物(Hg12 Tl3 Ba30 Ca30 Cu45 O127 ,HBCCO)。
- 如申請專利範圍第1項所述的超導薄膜的缺陷修補方法，其中該薄膜沉積製程包括脈衝雷射沉積(pulsed laser deposition，PLD)。
- 一種超導薄膜，是以如申請專利範圍第1~5項中任一項所述的方法製作的，其中該超導薄膜具有超導修補結構。
- 如申請專利範圍第6項所述的超導薄膜，其中該超導修補 結構是位在該超導薄膜中之缺陷所在的位置上。
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