一種雙面結(jié)高溫超導(dǎo)bscco太赫茲源的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及BSCCO太赫茲源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙面結(jié)高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲源的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲(terahertz，通常簡(jiǎn)稱THz)波是指頻率在0.3THz?10THz(波長(zhǎng)為Imm?
0.03mm)范圍內(nèi)的電磁波。太赫茲波具有光子能量低、時(shí)空相干性高、時(shí)域頻譜信噪比高等優(yōu)點(diǎn)，因此，其在天文、生物、計(jì)算機(jī)、通信等科學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。但由于缺乏有效的太赫茲輻射源和檢測(cè)手段，使得這一波段未能得到充分的研究和利用。
[0003]電子能通過兩塊超導(dǎo)體之間薄絕緣層的量子隧道效應(yīng)，稱為約瑟夫森效應(yīng)。根據(jù)交流約瑟夫森效應(yīng)，ImV的直流電壓可以產(chǎn)生頻率高達(dá)484GHz的振蕩，通過改變結(jié)兩端的直流電壓就可以連續(xù)調(diào)節(jié)結(jié)內(nèi)超流振蕩的頻率，因此超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)是一種理想的電壓-頻率轉(zhuǎn)換器，可以用于制造太赫茲源。2007年美國(guó)、土耳其和日本的研究者合作，在高溫超導(dǎo)體Bi2Sr2CaCu208+S(BSCC0)上經(jīng)微加工工藝形成了平臺(tái)狀的600個(gè)結(jié)串聯(lián)的約瑟夫森結(jié)陣，使串聯(lián)結(jié)陣處于低電流偏置狀態(tài)，并通過熱輻射測(cè)量?jī)x探測(cè)到了外延功率達(dá)到幾個(gè)微瓦量級(jí)的THz信號(hào)(L.0zyuzer et al., Science 318，1291 (2007))。
[0004]經(jīng)過近幾年的發(fā)展，BSC⑶太赫茲輻射源已經(jīng)發(fā)展成為一種連續(xù)波可調(diào)諧的新型固態(tài)THz源，具有易用、連續(xù)波、可調(diào)諧、單色性好、功率高等優(yōu)點(diǎn)(Wang et al.，Phys.Rev.Lett.105,057002(2010))。提高BSCCO太赫茲源的輻射功率一直是研究的熱門，理論研究(L.N.Bulaevskii and A.E.Koshelev, Phys.Rev.Lett.99，057002(2007)表明，在一定范圍內(nèi)，樣品的輻射功率與結(jié)陣中結(jié)的個(gè)數(shù)的平方成正比，因此增加樣品厚度是提高輻射功率的有效方法之一。由于傳統(tǒng)的雙面結(jié)樣品制備技術(shù)需要兩次光刻、兩次離子銑，因此很難制備出厚度達(dá)數(shù)微米的雙面結(jié)樣品，這對(duì)BSCCO太赫茲源的輻射功率的提高產(chǎn)生了很大的阻礙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種雙面結(jié)高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲源的制備方法，具有工藝簡(jiǎn)單、成功率高、厚度可達(dá)數(shù)微米等特點(diǎn)。
[0006]技術(shù)方案:為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種雙面結(jié)高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲源的制備方法:取高溫超導(dǎo)BSCCO單晶預(yù)處理后，迅速放入蒸金儀中熱蒸發(fā)一層金膜作為底電極;然后轉(zhuǎn)移到氧化鎂基底上，有金膜的一面通過polyimide膠與氧化鎂基底的一面粘貼，并置于烘臺(tái)上烘烤固定;然后再次放入蒸金儀中熱蒸發(fā)一層金膜作為頂電極;再通過紫外曝光光刻技術(shù)，在頂電極上光刻出矩形圖形;然后放入離子束刻蝕機(jī)中，氬離子銑直至刻蝕到底電極金膜;再通過手涂光刻膠的方法用光刻膠覆蓋住部分底電極，烘干光刻膠，再次放入離子束刻蝕機(jī)中去除沒有被光刻膠覆蓋的底電極;去除表面的光刻膠，用銀膠和金線引出上下電極，形成最終的高溫超導(dǎo)約瑟夫森太赫茲輻射源。
[0007]所述的預(yù)處理為用透明膠帶解理出新鮮干凈的單晶平面。
[0008]所述的底電極的金膜厚10nm0
[0009]所述的氧化鎂基片厚度為0.5_，并經(jīng)過雙面拋光處理。
[0010]所述的置于烘臺(tái)上烘烤固定為置于90°C的烘臺(tái)上烘烤I小時(shí)，使膠完全固化。
[0011 ] 所述的雙面結(jié)高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲源的制備方法，固定好的高溫超導(dǎo)BSCCO單晶需重新用透明膠帶解理，直至解理出平整的、新鮮的的BSCCO單晶平面。
[00?2 ]所述的頂電極的金膜的厚度為I OOnm。
[0013]所述的矩形圖形面積為280*80μπι2。
[0014]本發(fā)明以成熟的雙面結(jié)制備工藝為基礎(chǔ)，該制備工藝是成熟的BSCCO雙面結(jié)制備技術(shù)，制備出的樣品功率可達(dá)幾十微瓦，頻率可達(dá)ΙΤΗζ。使用上下兩面蒸金的BSCCO單晶，通過一次光刻和離子束刻蝕可以得到理想厚度的高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲輻射源樣品。同時(shí)，該技術(shù)通過手動(dòng)機(jī)械翻面替代原有雙面結(jié)技術(shù)中的涂膠翻面，可以提高樣品成功率、縮短樣品制作周期。
[0015]有益效果:與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的雙面結(jié)高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲源的制備方法，對(duì)BSCCO單晶分別熱蒸發(fā)上下電極，再通過一次光刻以及離子束刻蝕，即可制作出厚度可達(dá)數(shù)微米的樣品，該制備工藝簡(jiǎn)單、可操作，可縮短樣品制備周期和提高樣品制備成功率，有利于制作超厚度樣品。通過該制備工藝制備出的樣品具有發(fā)連續(xù)波、可調(diào)諧、單色性好、功率高等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明制備的雙面結(jié)高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲源的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0018]實(shí)施例1
選取一塊高溫超導(dǎo)BSCCO單晶I，用透明膠帶解理出新鮮干凈的單晶平面，迅速放入蒸金儀中熱蒸發(fā)一層10nm厚的金膜作為底電極3，選取平整的BSCCO單晶并轉(zhuǎn)移到干凈的氧化鎂基底2上，氧化鎂基片厚度為0.5mm，并經(jīng)過雙面拋光處理，在低溫下具有良好的導(dǎo)熱系數(shù)，有利于低溫從制冷機(jī)冷頭傳導(dǎo)到樣品。通過手動(dòng)操作使樣品翻面，把有金膜的一面通過polyimide膠與氧化鎂基底的一面粘貼在一起，并置于90 °C的烘臺(tái)上烘烤I小時(shí)，使膠完全固化。把固定好的樣品重新用透明膠帶解理，直至解理出平整的、新鮮的BSCCO單晶平面，然后再一次把樣品放入蒸金儀中熱蒸發(fā)一層厚度為10nm金膜作為頂電極4。再通過紫外曝光光刻技術(shù)，在頂電極上光刻出一個(gè)280*80μπι2的矩形圖形；然后把樣品放入離子束刻蝕機(jī)中，氬離子銑樣品直至刻蝕到底電極金膜;再通過手涂光刻膠的方法用光刻膠覆蓋住一部分底電極，烘干光刻膠，再次放入離子束刻蝕機(jī)中去除沒有被光刻膠覆蓋的底電極。去除樣品表面的光刻膠，用銀膠和金線6引出上下電極，形成最終的高溫超導(dǎo)約瑟夫森太赫茲輻射源，如圖1所示。
[0019]采用上述方法制備了厚度0.6-3.5μπι的樣品，在實(shí)驗(yàn)測(cè)量中，測(cè)得厚度大于2μπι的樣品有比較大的太赫茲輻射功率，可達(dá)幾十微瓦，相較于傳統(tǒng)的雙面結(jié)樣品，輻射功率最高可提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。樣品的頻率可調(diào)范圍可達(dá)500 GHz。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙面結(jié)高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲源的制備方法，其特征在于:取高溫超導(dǎo)BSCCO單晶預(yù)處理后，迅速放入蒸金儀中熱蒸發(fā)一層金膜作為底電極;然后轉(zhuǎn)移到氧化鎂基底上，有金膜的一面通過polyimide膠與氧化鎂基底的一面粘貼，并置于烘臺(tái)上烘烤固定;然后再次放入蒸金儀中熱蒸發(fā)一層金膜作為頂電極;再通過紫外曝光光刻技術(shù)，在頂電極上光刻出矩形圖形;然后放入離子束刻蝕機(jī)中，氬離子銑直至刻蝕到底電極金膜;再通過手涂光刻膠的方法用光刻膠覆蓋住部分底電極，烘干光刻膠，再次放入離子束刻蝕機(jī)中去除沒有被光刻膠覆蓋的底電極;去除表面的光刻膠，用銀膠和金線引出上下電極，形成最終的高溫超導(dǎo)約瑟夫森太赫茲輻射源。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面結(jié)高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲源的制備方法，其特征在于:所述的預(yù)處理為用透明膠帶解理出新鮮干凈的單晶平面。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面結(jié)高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲源的制備方法，其特征在于:所述的底電極的金膜厚I OOnm ο4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面結(jié)高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲源的制備方法，其特征在于:所述的氧化鎂基片厚度為0.5mm，并經(jīng)過雙面拋光處理。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面結(jié)高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲源的制備方法，其特征在于:所述的置于烘臺(tái)上烘烤固定為置于90°C的烘臺(tái)上烘烤I小時(shí)，使膠完全固化。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面結(jié)高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲源的制備方法，其特征在于:固定好的高溫超導(dǎo)BSCCO單晶需重新用透明膠帶解理，直至解理出平整的、新鮮的的BSCCO單晶平面。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面結(jié)高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲源的制備方法，其特征在于:所述的頂電極的金膜的厚度為10nm08.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面結(jié)高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲源的制備方法，其特征在于:所述的矩形圖形面積為280*80μηι2。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙面結(jié)高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲源的制備方法，取BSCCO單晶分別熱蒸發(fā)上下電極，再通過一次光刻以及離子束刻蝕，即可制作出厚度可達(dá)數(shù)微米的樣品。該制備方法簡(jiǎn)單、可操作，可縮短樣品制備周期和提高樣品制備成功率，有利于制作超厚度樣品。通過該制備工藝制備出的樣品具有發(fā)連續(xù)波、可調(diào)諧、單色性好、功率高等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)樣品厚度大于2μm時(shí)，有比較大的太赫茲輻射功率，可達(dá)幾十微瓦，相較于傳統(tǒng)的雙面結(jié)樣品，輻射功率最高可提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，樣品的頻率可調(diào)范圍可達(dá)500？GHz。
【IPC分類】H01L39/24
【公開號(hào)】CN105576115
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510983562
【發(fā)明人】王華兵, 孫漢聰, 楊志保, 李軍, 吳培亨
【申請(qǐng)人】南京大學(xué)
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年12月24日