本發(fā)明涉及bscco超導(dǎo)體制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種bi2sr2cacu2o8單個(gè)約瑟夫森表面結(jié)的制備方法。

背景技術(shù)：

高溫超導(dǎo)bi2sr2cacu2o8+δ（bi-2212）本征約瑟夫森結(jié)陣具有天然的層狀（超導(dǎo)層s-絕緣層i-超導(dǎo)層s）結(jié)構(gòu)，近幾年來廣泛用于器件應(yīng)用以及高溫超導(dǎo)材料的隧道效應(yīng)光譜學(xué)等領(lǐng)域。在多數(shù)的研究中，主要利用氬離子刻蝕的方法制作出平臺(tái)型結(jié)構(gòu)的本征約瑟夫森結(jié)陣，在這種情況下，由于表層超導(dǎo)層與表面電極的接觸作用而使其超導(dǎo)特性異于內(nèi)部超導(dǎo)層的超導(dǎo)特性，表面第一個(gè)結(jié)的特性往往不同于內(nèi)部結(jié)。

大量的研究結(jié)果使人們對內(nèi)部結(jié)的特性已經(jīng)有了比較全面的了解，但是由于制作工藝的局限性，目前制備表面結(jié)的方法中會(huì)不可避免的產(chǎn)生內(nèi)部結(jié)，在對表面積的測試過程中，表面結(jié)的特性很容易受到內(nèi)部結(jié)的干擾，通常通過限制偏置電流的方式得到表面結(jié)的電流-電壓特性（iv）曲線，目前還無法得到單個(gè)結(jié)的整體iv曲線。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種bi2sr2cacu2o8單個(gè)約瑟夫森表面結(jié)的制備方法，制備出bi2sr2cacu2o8單個(gè)約瑟夫森表面結(jié)，不使用傳統(tǒng)離子束刻蝕技術(shù)，大大縮短了樣品制備周期并提高了樣品制備成功率。

技術(shù)方案：為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種bi2sr2cacu2o8單個(gè)約瑟夫森表面結(jié)的制備方法：將bscco單晶置于熱蒸發(fā)的真空環(huán)境中進(jìn)行解理，解理后迅速熱蒸發(fā)金電極，直接光刻圖形，通過氬離子束刻蝕的方法刻蝕掉圖形周圍的金膜與bscco單晶，之后在圖形四周蒸發(fā)一層絕緣的sio作為保護(hù)，經(jīng)過蒸金、光刻得到上下電極圖形，使用碘化鉀腐蝕液刻蝕掉其他區(qū)域的金膜，制備出只有一個(gè)結(jié)的約瑟夫森表面結(jié)。

所述的bi2sr2cacu2o8單個(gè)約瑟夫森表面結(jié)的制備方法，包括以下步驟：

1）選用一塊表面平整的bscco單晶，用polyimide絕緣膠固定于mgo基片上，使單晶平整表面與mgo基片貼合；把粘貼好的樣品置于烘臺(tái)上固化；

2）等樣品完全固定于mgo基片之上后，采用原位熱蒸發(fā)的方法在單晶表面蒸發(fā)一層金膜作為電極；

3）根據(jù)預(yù)期結(jié)區(qū)的大小與耦合天線的結(jié)構(gòu)，采用紫外光刻技術(shù)做出需要的圖形；

4）將已有所需光刻圖形的樣品放入氬離子刻蝕機(jī)中，將圖形周圍的金膜與bscco單晶刻蝕干凈；

5）將樣品放入sio熱蒸發(fā)裝置中，在樣品表面蒸發(fā)一層sio；

6）將樣品置于丙酮溶液中，洗去圖形表面的光刻膠與光刻膠上方的sio；

7）把樣品放入蒸金儀中熱蒸發(fā)一層厚度為200nm的金膜；

8）根據(jù)結(jié)區(qū)大小與天線結(jié)構(gòu)，使用紫外光刻技術(shù)在已蒸好的金膜上面做一個(gè)邊長為450μm左右的等邊三角形作為頂電極；等邊三角形的一角與之前所做的三角形的一角交錯(cuò)，交錯(cuò)位置即為結(jié)區(qū)的區(qū)域，形成邊長為40μm左右的菱形，并將之前的三角形區(qū)域遠(yuǎn)離結(jié)區(qū)部分涂抹部分光刻膠保護(hù)作為底電極，85℃烘烤5分鐘烘干；

9）待光刻膠干掉后，將樣品放入碘化鉀金腐蝕溶液中，并在顯微鏡下觀察，待光刻膠保護(hù)區(qū)域以外的金膜全部被腐蝕干凈后迅速放入去離子水中沖洗干凈并用氮?dú)獯蹈桑?/p>

10）將樣品放入丙酮溶液中去除表面剩余的光刻膠，形成只含一個(gè)結(jié)的約瑟夫森表面結(jié)。

步驟1）中，60℃烘烤1小時(shí)，80℃烘烤1小時(shí)，120℃烘烤1.5小時(shí)，使膠完全固化。

步驟3）中，需要的圖形為邊長450μm的等邊三角形，選用的光刻膠為az5214，旋涂條件為：勻膠機(jī)低轉(zhuǎn)速500rpm/min，高轉(zhuǎn)速2000rpm/min，95℃烘烤5分鐘。

步驟4）中，刻蝕的厚度為320nm。

步驟5）中，sio的厚度為320nm。

本發(fā)明的制備方法，使用原位蒸金的方法在平整的bscco單晶表面蒸發(fā)一層金電極，使用紫外光刻技術(shù)做出圖形并通過氬離子束刻蝕技術(shù)刻蝕掉圖形區(qū)域之外的金膜與bscco單晶，蒸發(fā)sio作絕緣保護(hù)后在頂部蒸發(fā)一層金膜做電極，經(jīng)過光刻技術(shù)做出上下電極，通過碘化鉀金腐蝕溶液刻蝕得到約瑟夫森單個(gè)表面結(jié)。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不使用傳統(tǒng)的氬離子物理刻蝕的方法，采用化學(xué)濕法刻蝕的方法制作而成，易于操作，成功率高；克服了由于氬離子刻蝕技術(shù)無法精確控制刻蝕厚度，從而無法制作出單個(gè)表面結(jié)的缺點(diǎn)。制備的約瑟夫森表面結(jié)只有一個(gè)結(jié)，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度有兩個(gè)，大致在91k左右與34k左右。通過測試得到了單個(gè)結(jié)的整體iv曲線，40ghz微波輻照后，得到了shapiro臺(tái)階與零交叉電流臺(tái)階，特性不受內(nèi)部結(jié)的干擾，對表面結(jié)特性的研究起到了重大的推動(dòng)作用。

附圖說明

圖1是第一次光刻離子銑后形成的樣品結(jié)構(gòu)圖；

圖2是制作完成的超導(dǎo)約瑟夫森單個(gè)表面結(jié)結(jié)構(gòu)圖；

圖3是樣品的電阻-溫度曲線圖；

圖4是樣品的整體電流-電壓曲線圖；

圖5是40ghz微波輻照圖；

圖6是39.7ghz微波輻照時(shí)得到的零交叉電流臺(tái)階圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1

一種bi2sr2cacu2o8單個(gè)約瑟夫森表面結(jié)的制備方法，步驟如下：

1）選用一塊表面平整的bscco單晶3，用polyimide絕緣膠2固定于mgo基片1上。使單晶平整表面與mgo基片貼合，把粘貼好的樣品置于烘臺(tái)上，60℃烘烤1小時(shí)，80℃烘烤1小時(shí)，120℃烘烤1.5小時(shí)，使膠完全固化。

2）等樣品完全固定于mgo基片之上后，采用原位熱蒸發(fā)的方法在單晶表面蒸發(fā)一層金膜4作為電極，所謂原位熱蒸發(fā)是先將樣品置于熱蒸發(fā)的環(huán)境中，待金的蒸發(fā)速率達(dá)到1.8nm/s時(shí)，將樣品迅速解理蒸金。

3）根據(jù)預(yù)期結(jié)區(qū)的大小與耦合天線的結(jié)構(gòu)，采用紫外光刻技術(shù)在光刻膠上做出邊長為450μm左右的等邊三角形圖形5，選用的光刻膠為az5214，旋涂條件為：勻膠機(jī)低轉(zhuǎn)速500rpm/min，高轉(zhuǎn)速2000rpm/min，95℃烘烤5分鐘。

4）將已有所需光刻圖形的樣品放入氬離子刻蝕機(jī)中，將圖形周圍的金膜與bscco單晶刻蝕干凈，并根據(jù)刻蝕速率與時(shí)間估算出刻蝕的厚度為320nm左右；如圖1所示，是氬離子刻蝕結(jié)束后樣品的結(jié)構(gòu)圖。

5）然后將樣品放入sio熱蒸發(fā)裝置中，在樣品表面蒸發(fā)一層厚度為320nm左右的sio即6。

6）將樣品置于丙酮溶液中，洗去圖形表面的光刻膠與光刻膠上方的sio，由于光刻膠的保護(hù)作用，圖形頂部的sio連同光刻膠可以使用專用小刷子刷除，然后將樣品放入酒精溶液中除去丙酮的殘余液，用氮?dú)獯蹈伞?/p>

7）然后把樣品放入蒸金儀中熱蒸發(fā)一層厚度為200nm的金膜7作為電極。

8）根據(jù)結(jié)區(qū)大小與天線結(jié)構(gòu)，利用紫外光刻技術(shù)在蒸好的電極上面做一個(gè)邊長為450μm左右的等邊三角形作為頂電極，等邊三角形的一角與之前所做的三角形的一角交錯(cuò)，交錯(cuò)位置即為結(jié)區(qū)的區(qū)域，形成邊長為40μm左右的菱形。并將之前的三角形遠(yuǎn)離結(jié)區(qū)部分涂抹部分光刻膠保護(hù)作為底電極，85℃烘烤5分鐘可烘干。

9）將樣品放入碘化鉀金腐蝕溶液中，并在顯微鏡下觀察，待光刻膠保護(hù)區(qū)域以外的金膜全部被腐蝕干凈后迅速放入去離子水中沖洗干凈并用氮?dú)獯蹈伞?/p>

10）將樣品放入丙酮溶液中去除表面的光刻膠，制備完成約瑟夫森單個(gè)表面結(jié)，樣品的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

對制備的樣品進(jìn)行檢測，圖3所示為樣品的電阻-溫度曲線圖，從圖中可以看出樣品有兩個(gè)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度8和9，并且與傳統(tǒng)的氬離子銑刻蝕技術(shù)制備的樣品不同，該樣品在到達(dá)轉(zhuǎn)變溫度9之前沒有c方向的特性。圖4所示為樣品的整體電流-電壓曲線，電壓電流分支的個(gè)數(shù)對應(yīng)樣品中約瑟夫森本征結(jié)的個(gè)數(shù)，從圖中可以看出樣品只有一個(gè)本征結(jié)。圖3與圖4說明樣品中只有一個(gè)本征結(jié)。圖5所示為40ghz微波輻照后，得到的shapiro臺(tái)階，10和11分別為不加微波輻照和加微波輻照時(shí)的電流-電壓曲線。圖6所示為39.7ghz微波輻照時(shí)得到的零交叉電流臺(tái)階，從圖中可以看出這時(shí)的電流-電壓曲線沒有經(jīng)過零電壓電流點(diǎn)。