[发明专利]一种制备柔性超导薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备柔性超导薄膜的方法。

背景技术

超导薄膜因其具有优越的电磁学特性，广泛应用于制备各种超导器件与电路，如超导约瑟夫森结，超导量子干涉器，超导热电子测辐热仪，超导单光子探测器，超导滤波器，超导量子电路，超导电磁隐身器件等。一般的超导薄膜均制备在刚性的基片上，因而无法弯曲，可容许的形变非常之小。不同超导材料经常需要制备在不同基片之上，限制了混合使用不同超导材料的工作场合。因为固定在特定基片上，其可移植性、及与硅工艺兼容性上都有一定的限制。这些缺陷进一步限制了基于超导薄膜的相关器件的应用场合。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种制备柔性超导薄膜的方法，可以制备出厚度(微米量级)可控的柔性超导薄膜，并且聚酰亚胺层方便进行进一步微加工操作(如通过刻蚀等工艺制备谐振腔)，可以制备更复杂的超导器件，扩大超导薄膜及器件的应用场合和范围。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种制备柔性超导薄膜的方法，包括如下步骤：

(1)清洗基片，去除基片表面的有机污染物；

(2)在所述基片上涂覆聚酰亚胺膜并进行固化；

(3)在涂覆聚酰亚胺膜的基片上溅射氮化铌超导薄膜；

(4)去除基片：将基片和聚酰亚胺膜剥离。

进一步的，所述步骤(1)中，分别用丙酮、酒精和去离子水超声清洗基片。

进一步的，所述步骤(2)中，采用旋转涂法涂覆聚酰亚胺膜。

进一步的，所述步骤(3)中，先聚酰亚胺的基片依次用丙酮和氩离子清洗，再直流磁控溅射氮化铌超导薄膜。

进一步的，所述步骤(3)中，磁控溅射室的真空度小于等于2×10^-5Pa，工作气体是氩气和氮气，溅射气压是0.27Pa，溅射电流是0.65A的恒定电流，沉积速率是对基片进行循环水冷处理，靶材到基片的距离是55mm。

进一步的，所述步骤(4)中，用纯HF酸溶液浸泡溅射氮化铌超导薄膜的基片。更进一步的，浸泡的时间约为15分钟。

进一步的，所述基片为硅基片。

有益效果：本发明既可以控制聚酰亚胺层的厚度，也可以控制超导薄膜的厚度。此方法还可以推广到其它超导材料，对原始衬底也没有太多限制(不同衬底可以更换剥离溶液)。此方法简单、有效，得到的大面积、高质量柔性超导材料可以广泛应用于制备各种超导器件，也可以方面的移植、粘贴到各种其他电路中，可以扩大超导薄膜器件的应用场合和范围。

附图说明

图1为浓度为3600粘度(厘泊)聚酰亚胺转速与膜厚关系图；

图2(A)和图2(B)分别为硅衬底上厚度为1um和4um的聚酰亚胺的AFM(Atomic Force Microscope，原子力显微镜)照片；

图3为硅衬底上厚度为1μm的聚酰亚胺上不同厚度的氮化铌薄膜的电阻-温度曲线图；

图4(A)至图4(C)均为剥离后的柔性超导薄膜的照片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

聚酰亚胺是一种分子主链中含有酰亚胺环状结构的环链聚合物，被广泛应用于航天航空、电子电器、机电、汽车等工业中。聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，绝缘性能与柔韧性好，耐高温达400℃以上，也可耐极低温，在-269℃的液态氦中不会脆裂，介电常数约为3.1，介电损耗0.05左右。特别是在太赫兹频段，聚酰亚胺因其柔韧性、相对较低的折射率与吸收系数等特性被广泛用于基底以及绝缘层等方面。

氮化铌薄膜是目前应用广泛的超导薄膜，我们这里提出一种利用聚酰亚胺工艺与磁控溅射氮化铌薄膜相结合制备柔性超导薄膜的方法。

具体步骤如下：

(1)清洗基片

硅基片清洗：分别用丙酮、酒精、去离子水超声清洗，时间为各3分钟左右，去除表面的有机污染物，使得基片(也称“衬底”或“基底”)抛光面洁净，这样才能使聚酰亚胺牢固地粘在硅片上，也可防止聚酰亚胺膜产生针孔现象。

(2)涂聚酰亚胺与固化