專利名稱：一種超導(dǎo)平面電路的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超導(dǎo)平面電路的制備，是一種超導(dǎo)平面電路的制備工藝。
背景技術(shù)：
在IOGHz以下的微波頻段，超導(dǎo)薄膜材料的微波表面電阻比普通金屬低兩個數(shù)量 級以上，在高頻段也明顯低于普通金屬材料。超導(dǎo)薄膜材料的這種優(yōu)異特性使得超導(dǎo)技術(shù) 在電子學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng) 用前景。用超導(dǎo)材料可以制備出高性能的平面電路器件，包括 超導(dǎo)諧振器、濾波器、延遲線、延遲線濾波器和天線等。利用超導(dǎo)薄膜制備的諧振器的Q值 高達幾萬，遠大于普通金屬諧振器的Q值。由高Q值超導(dǎo)諧振器實現(xiàn)的濾波器具有插損小、 帶邊陡峭、帶外抑制高等優(yōu)異特性，應(yīng)用于微波通信接收機前端可以顯著提高通信系統(tǒng)的 靈敏度和選擇性。得益于超導(dǎo)薄膜材料的低損耗和非色散穿透深度特性，用其制備的延遲 線和延遲線濾波器具有體積小、損耗低和工作帶寬寬的特性，在信號處理、雷達和電子對抗 等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價值。超導(dǎo)平面電路通常為多層結(jié)構(gòu)。在襯底的上層為由超導(dǎo)材料形成的電路圖形，在 超導(dǎo)電路上的局部位置有一層由導(dǎo)電層形成的電極圖形，這些電極的作用是用于實現(xiàn)超導(dǎo) 電路與外電路之間的電連接。在襯底的下層根據(jù)電路的具體形式可以是由導(dǎo)電層、超導(dǎo)層 或超導(dǎo)層/導(dǎo)電層形成的接地層，或者無任何導(dǎo)電層。所述的襯底可以是硅(Si)、硅(Si)/ 二氧化硅(SiO2)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)等，或者鋁酸鑭(LaAlO3)、氧化鎂(MgO)、鈦酸鍶 (SrTiO3)、藍寶石等單晶襯底，厚度為0. 05 1mm。所述的超導(dǎo)材料可以是單質(zhì)、合金和簡單 化合物，如鈮(Nb)、鉛(Pb)、鈮鋯合金(Nb-Zr)、鈮鈦合金(Nb-Ti)、鈮鈦鉭合金(Nb-Ti-Ta)、 鈮錫合金(Nb3Sn)、鈮鍺合金(Nb3Ge)、二硼化鎂(MgB2)等；也可以是氧化物，如釔鋇銅氧 (YBCO)、鉈鋇銅氧(TBCO)、鑭鍶銅氧(LSCO)、鉍鍶鈣銅氧(BSSCO)等。所述的導(dǎo)電層為電阻 率較小的普通金屬材料，如金(Au)、銀(Ag)、鉬(Pt)、銅(Cu)等。在超導(dǎo)平面電路的制備中，通常采用微加工工藝將襯底上層的超導(dǎo)薄膜層和導(dǎo)電 層分別加工成電路圖形和電極圖形的形式，具體制備步驟見圖1，包括步驟1)在導(dǎo)電層上進行光刻，在導(dǎo)電層表面形成由光刻膠構(gòu)成的電極圖案；2)對導(dǎo)電層進行刻蝕，將導(dǎo)電層刻蝕成電極圖形，去除電極上的光刻膠；3)在超導(dǎo)層和電極表面進行光刻，形成由光刻膠構(gòu)成的電路圖形；4)將超導(dǎo)層刻蝕成電路圖形，去除超導(dǎo)電路和電極上的光刻膠。通過以上步驟，在襯底上形成由超導(dǎo)材料形成的電路圖形和由導(dǎo)電層形成的電極 圖形。上述制備步驟需要進行兩次光刻和兩次刻蝕，因此需要兩套光刻模版(一套電極 圖形模版和一套電路圖形模版)，不僅工藝周期長，而且成本高，工藝復(fù)雜度大。此外，上述 制備工藝中的第二次光刻是在超導(dǎo)層表面進行的，由于氧化物超導(dǎo)薄膜與水以及水中的二 氧化碳(CO2)接觸容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致超導(dǎo)薄膜的性能退化，上述制作步驟增加了 超導(dǎo)電路出現(xiàn)缺陷的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種超導(dǎo)平面電路的制備工藝，可以減少制備過程中超導(dǎo)薄 膜材料與水以及各種水溶液的接觸機會，減少制備工藝對超導(dǎo)薄膜性能的影響。本發(fā)明的另一目的是減少制備過程中的光刻步驟，縮短制備周期，降低工藝復(fù)雜 度和制作成本。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種超導(dǎo)平面電路的制備工藝，其包括步驟(a)根據(jù)需要，取一塊表面有導(dǎo)電層和超導(dǎo)薄膜層的襯底，在導(dǎo)電層表面形成由光 刻膠構(gòu)成的電路圖形；(b)通過干法刻蝕或濕法刻蝕將導(dǎo)電層和超導(dǎo)層刻蝕成電路圖形之后，去除電路 表面的光刻膠；(c)在電路上需要保留導(dǎo)電層電極的位置手工涂覆光刻膠，之后進行烘焙；(d)通過干法刻蝕或濕法刻蝕對導(dǎo)電層進行刻蝕，之后去除光刻膠；(e)得成品。所述的超導(dǎo)平面電路的制備工藝，其所述步驟a)，首先對襯底進行表面清潔、涂 膠、前烘，再在紫外、深紫外或電子束曝光機上利用刻有電路圖形的掩模版進行曝光，之后 進行顯影、定影、后烘，將掩模版上的電路圖形轉(zhuǎn)移到導(dǎo)電層表面的光刻膠上。所述的超導(dǎo)平面電路的制備工藝，其所述步驟c)中手工涂覆光刻膠，涂覆的面積 應(yīng)符合與外電路的連接要求，通過目測來確定，之后進行烘焙。所述的超導(dǎo)平面電路的制備工藝，其所述襯底，是硅(Si)、硅(Si)/二氧化硅 (Si02)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)，或是鋁酸鑭(LaA103)、氧化鎂(MgO)、鈦酸鍶(SrTi03)、藍寶 石等單晶襯底，厚度為0. 05 1mm。所述的超導(dǎo)平面電路的制備工藝，其所述超導(dǎo)薄膜層，所用材料為單質(zhì)、合金、簡 單化合物或氧化物。所述的超導(dǎo)平面電路的制備工藝，其所述超導(dǎo)薄膜層材料，為鈮(Nb)、鉛(Pb)、鈮 鋯合金(Nb-Zr)、鈮鈦合金(Nb-Ti)、鈮鈦鉭合金(Nb-Ti-Ta)、鈮錫合金(Nb3Sn)、鈮鍺合金 (Nb3Ge)、二硼化鎂(MgB2)；或釔鋇銅氧(YBC0)、鉈鋇銅氧(TBC0)、鑭鍶銅氧(LSC0)、鉍鍶鈣 銅氧(BSSC0)等。所述的超導(dǎo)平面電路的制備工藝，其所述導(dǎo)電層，為金(Au)、銀(Ag)、鉬(Pt)或銅 (Cu)等金屬材料制作。本發(fā)明提出了超導(dǎo)平面電路的制備工藝，以降低制備工藝的復(fù)雜度和對超導(dǎo)薄膜 性能的影響。在現(xiàn)有技術(shù)使用的超導(dǎo)平面電路制備工藝步驟中，需要兩套光刻模版(一 套電極圖形模版和一套電路圖形模版)，并需進行兩次光刻和兩次刻蝕，工藝周期長，成本 高。并且由于需要在超導(dǎo)層表面進行光刻，由于氧化物超導(dǎo)薄膜與水以及水中的二氧化碳 (co2)的接觸容易導(dǎo)致超導(dǎo)薄膜的性能退化從而會影響電路性能。本發(fā)明提出的超導(dǎo)電路 制備工藝僅需一套電路圖形模版，并且僅需進行一次光刻和兩次刻蝕，簡化了工藝流程，降 低了制備成本。此外由于制備過程中的光刻工藝是在導(dǎo)電層表面進行的，降低了超導(dǎo)薄膜 與水和各種水溶液的接觸機會，減少了超導(dǎo)薄膜性能惡化以及對電路性能的影響。本發(fā)明提出的超導(dǎo)平面電路制備工藝適合于諧振器、濾波器、延遲線、延遲線濾波器和天線等各種 超導(dǎo)器件的制備，并且能夠滿足大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的要求。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)超導(dǎo)平面電路制備工藝的流程圖；圖2為本發(fā)明超導(dǎo)平面電路的制備工藝實施例流程圖；圖3為應(yīng)用本發(fā)明提出的超導(dǎo)平面電路的制備工藝制作超導(dǎo)濾波器時，手工涂覆 的光刻膠的圖案。
具體實施例方式圖2為本發(fā)明超導(dǎo)平面電路的制備工藝實施例的流程圖。制備工藝在百級以內(nèi)的超凈間進行，溫度為室溫，相對濕度小于40%。具體制備步 驟如圖2所示步驟一(21)，提供一塊表面有導(dǎo)電層和超導(dǎo)薄膜層的襯底，所述的襯底可以是硅 Si、硅Si/ 二氧化硅Si02、鍺Ge、砷化鎵GaAs等，或者鋁酸鑭LaA103、氧化鎂MgO、鈦酸鍶 SrTi03、藍寶石等單晶襯底，厚度為0.05 1mm。所述的超導(dǎo)材料可以是單質(zhì)、合金和簡 單化合物，如鈮Nb、鉛Pb、鈮鋯合金Nb-Zr、鈮鈦合金Nb-Ti、鈮鈦鉭合金Nb_Ti_Ta、鈮錫合 金Nb3Sn、鈮鍺合金Nb3Ge、二硼化鎂MgB2等；也可以是氧化物，如釔鋇銅氧YBC0、鉈鋇銅氧 TBC0、鑭鍶銅氧LSC0、鉍鍶鈣銅氧BSSC0等。所述的導(dǎo)電層為電阻率較小的普通金屬材料， 如金Au、銀Ag、鉬Pt、銅Cu等。首先對襯底進行表面清潔，之后經(jīng)過涂膠、前烘，再在紫外、 深紫外或電子束曝光機上利用刻有電路圖形的掩模版進行曝光，再進行顯影、定影、后烘， 從而將掩模版上的電路圖形轉(zhuǎn)移到導(dǎo)電層上的光刻膠上。步驟二(22)，通過干法刻蝕或濕法刻蝕將導(dǎo)電層和超導(dǎo)層刻蝕成電路圖形，之后 去除電路表面的光刻膠。步驟三(23)，在電路上需要保留電極的位置手工涂覆光刻膠，涂覆的面積應(yīng)符合 與外電路的連接要求，可通過目測來確定，之后進行烘焙。圖3為應(yīng)用本發(fā)明提出的超導(dǎo)平 面電路的制備工藝制作超導(dǎo)濾波器時在電路表面手工涂覆的光刻膠的圖案。該濾波器電路 圖形通過設(shè)計和仿真確定，在厚度為0. 5mm的藍寶石襯底上實現(xiàn)(圖中未示出)。其中31 和32為濾波器電路的輸入和輸出饋線，尺寸為3. OmmXO. 52mm。在饋線上需保留導(dǎo)電層電 極，以在后續(xù)封裝工藝中通過點焊金屬絲或金屬帶將其與封裝盒上的SMA接頭相連接。33 為接地塊，尺寸為41. 68mmX3. Omm，在接地塊33上需保留導(dǎo)電層電極，以在后續(xù)封裝工藝 中通過點焊金屬絲或金屬帶與封裝盒連接實現(xiàn)接地。所述的金屬絲和金屬帶的材料包括金 Au、硅鋁SiAl等，金屬絲的直徑為40-100 u m,金屬帶的寬度為0. 2_lmm。34和35為涂覆在 輸入輸出饋線31和32上的光刻膠，其尺寸約為1. 5mmXl. Omm。36為涂覆在接地塊33上 的光刻膠，其尺寸約為41. 6mmX 1.0mm。所涂覆的光刻膠的尺寸符合與外電路的連接要求。步驟四(24)，通過干法刻蝕或濕法刻蝕對導(dǎo)電層進行刻蝕，之后去除光刻膠。步驟五(25)，從而在襯底上形成由超導(dǎo)層構(gòu)成的電路圖形和由導(dǎo)電層構(gòu)成的電極 圖形。
權(quán)利要求
一種超導(dǎo)平面電路的制備工藝，其特征在于，包括步驟1)根據(jù)需要，取一塊表面有導(dǎo)電層和超導(dǎo)薄膜層的襯底，在導(dǎo)電層表面形成由光刻膠構(gòu)成的電路圖形；2)通過干法刻蝕或濕法刻蝕將導(dǎo)電層和超導(dǎo)層刻蝕成電路圖形之后，去除電路表面的光刻膠；3)在電路上需要保留導(dǎo)電層電極的位置手工涂覆光刻膠，之后進行烘焙；4)通過干法刻蝕或濕法刻蝕對導(dǎo)電層進行刻蝕，之后去除光刻膠；5)得成品。
2.如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)平面電路的制備工藝，其特征在于，所述步驟1)，首先對襯 底進行表面清潔、涂膠、前烘，再在紫外、深紫外或電子束曝光機上利用刻有電路圖形的掩 模版進行曝光，之后進行顯影、定影、后烘，將掩模版上的電路圖形轉(zhuǎn)移到導(dǎo)電層表面的光 刻膠上。
3.如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)平面電路的制備工藝，其特征在于，所述步驟3)中手工涂 覆光刻膠，涂覆的面積應(yīng)符合與外電路的連接要求，通過目測來確定，之后進行烘焙。
4.如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)平面電路的制備工藝，其特征在于，所述襯底，是硅、硅/二 氧化硅、鍺、砷化鎵，或是鋁酸鑭、氧化鎂、鈦酸鍶、藍寶石單晶襯底，厚度為0. 05 1mm。
5.如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)平面電路的制備工藝，其特征在于，所述超導(dǎo)薄膜層，所用 材料為單質(zhì)、合金、簡單化合物或氧化物。
6.如權(quán)利要求5所述的超導(dǎo)平面電路的制備工藝，其特征在于，所述超導(dǎo)薄膜層材料， 為鈮、鉛、鈮鋯合金、鈮鈦合金、鈮鈦鉭合金、鈮錫合金、鈮鍺合金、二硼化鎂；或釔鋇銅氧、鉈 鋇銅氧、鑭鍶銅氧、鉍鍶鈣銅氧。
7.如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)平面電路的制備工藝，其特征在于，所述導(dǎo)電層，為金、銀、 鉬或銅金屬材料制作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超導(dǎo)平面電路的制備工藝，其包括步驟1、根據(jù)需要，取一塊表面有導(dǎo)電層和超導(dǎo)薄膜層的襯底，在導(dǎo)電層表面形成由光刻膠構(gòu)成的電路圖形；2、通過干法刻蝕或濕法刻蝕將導(dǎo)電層和超導(dǎo)層刻蝕成電路圖形之后，去除電路表面的光刻膠；3、在電路上需要保留導(dǎo)電層電極的位置手工涂覆光刻膠，之后進行烘焙；4、通過干法刻蝕或濕法刻蝕對導(dǎo)電層進行刻蝕，之后去除光刻膠；5、得成品。本發(fā)明工藝減少了對超導(dǎo)薄膜性能的影響，并減少了光刻步驟，周期短，工藝復(fù)雜度低和制作成本少。
文檔編號H05K3/40GK101868127SQ200910238769
公開日2010年10月20日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者張曉平, 曹必松, 郭旭波, 金世超 申請人:清華大學(xué)