[发明专利]一种利用磁控溅射制备纳米级非晶超导薄膜的方法及产品

说明书

本发明提出了一种利用磁控溅射制备纳米级非晶超导薄膜的方法及产品，属于超导薄膜技术领域，该方法包括以下步骤：在氩气环境下，利用磁控溅射，以30‑60W的溅射功率溅射10min‑3h，将靶材Mo80Nb20沉积至Si衬底，得到所述纳米级非晶超导薄膜。本发明还公开了上述方法制备得到的纳米级非晶超导薄膜。本发明通过调整溅射过程中的功率以及溅射时间，简化了制备工艺，降低了成本，且制备出来的Mo80Nb20纳米级非晶超导薄膜厚度分布均匀，质量和结构稳定。采用本发明制备的Mo80Nb20纳米级非晶超导薄膜具有较高的临界转变温度，且存在明显的厚度相关性。

技术领域

本发明属于超导薄膜技术领域，尤其涉及一种利用磁控溅射制备纳米级非晶超导薄膜的方法及产品。

背景技术

“量子信息技术”已经成为未来科技的制高点，随着集成电路的发展，导体电阻率的研究已经达到了尺寸效应机制，要制造“超导量子芯片”并将其推广应用，基础材料的研究至关重要，其中超导材料是突破重点。超导技术的突破性进展和广泛应用，将对科技、经济、军事乃至社会发展产生不可估量的影响。在输电、电机、航天、微电子、电子计算机、通信等领域具有不可限量的应用前景。超导材料的应用不仅能提高工作效率，还能使能源得到大大节约，减少大量的污染。

金属玻璃，又称非晶合金，原子结构长程无序，短程有序，具有优异的力学、化学以及物理性能。1954年，用真空蒸发法在液氦冷却板上获得了铋和镓的非晶态超导薄膜，之后陆续发现了Pd-Zr、Zr-Ni-Cu、Nb-Ge等条带或薄片的非晶态超导体。现有技术中还发现，随着导体物理尺寸接近或者小于固有电子平均自由程，金属玻璃电输运性能会发生显著的改变，例如，块体Mo金属的超导转变温度为0.9K，制备成薄膜之后其超导转变温度高达9.8K，此外，在超晶格点阵中，随着无序结构被替代，Nb的超导转变温度由9.2K降低到2K，而Mo随无序的增加，超导转变温度由0.9K增加到8K。因此，通过减小尺寸和增加无序度可能有利于获得具有较高超导转变温度的薄膜。

在制备纳米级非晶超导薄膜过程中需要在较短时间内进行冷却，同时需要满足纳米级的薄膜厚度。现有技术中常见的非晶薄膜制备方法主要有磁控溅射法、离子镀、离子束辅助沉积、电子束蒸发法等物理气相沉积方法以及化学气相沉积法等。而磁控溅射技术可用于制备金属、半导体、绝缘体等多种材料，且设备简单、容易控制、可镀膜面积大等优点，但现有技术中利用磁控溅射技术制备薄膜往往需要较高的溅射功率或溅射温度，且最终所得薄膜产品品质较低。

因此，如何优化现有技术中利用磁控溅射技术制备纳米级非晶超导薄膜的方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种利用磁控溅射制备纳米级非晶超导薄膜的方法及产品。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种利用磁控溅射制备纳米级非晶超导薄膜的方法，包括以下步骤：

在氩气环境下，利用磁控溅射，以30-60W的溅射功率溅射10min-3h，将靶材Mo80Nb20沉积至Si衬底和玻璃片上，得到所述纳米级非晶超导薄膜。

有益效果：本发明利用磁控溅射制备纳米尺度的Mo80Nb20非晶超导薄膜，通过控制溅射时间来控制薄膜厚度，获得具有较高超导转变温度的纳米级非晶超导薄膜，制备成本低，工艺流程简单。

优选的，所述靶材Mo80Nb20纯度高于99.95％，所述衬底为Si(100)。

有益效果：靶材的纯度对于溅射薄膜的性能影响很大，靶材的纯度越高，溅射薄膜的性能越好，本发明选取纯度大于99.95％的Mo80Nb20作为靶材，可以保证溅射的薄膜性能不受杂质的影响。

优选的，所述磁控溅射前还包括靶材预处理和衬底预处理。