DE69312307T2 - Verfahren zum herstellen von dünnschichten durch gepulste excimerlaser-verdampfung - Google Patents
Verfahren zum herstellen von dünnschichten durch gepulste excimerlaser-verdampfungInfo
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Description
- Diese Erfindung betrifft die Herstellung von Dünnfilmen, die als solche verwendet werden können oder die zur Verwendung als Schaltkreiselemente strukturiert werden können.
- Jüngste Fortschritte bei der Supraleitungs-Übergangstemperatur verschiedener Oxidmaterialien haben die Möglichkeit für Anwendungen bei Hochfrequenz-, Mikrowellen- und anderen Elektronik- Technologien eröffnet. Beträchtliche Fortschritte wurden bei einer Reihe von Herstellungs-Technologien in bezug auf die Überführung dieser Oxid-Supraleiter in verschiedene Elektronik-Bauelemente erzielt.
- Die Technik der Laserverdampfung zur Abscheidung dünner Filme wird auf eine große Klasse von Materialien angewandt, die von Polyineren bis zu Halbleitern und Dielektrika reichen. Für die meisten gegenwärtigen Anwendungen für Elektronik-Bauelemente, wie die Hochfrequenz- und Mikrowellentechnologie, erweisen sich Dünnfilme als nützlichste Form eines supraleitenden Oxids. Als Folge konzentriert sich ein Großteil der die Verwendung von Hochtemperatur-Supraleitern in mikroelektronische Anwendungen betreffenden Arbeit auf das Ziehen von qualitativ hochwertigen Dünnfilmen. Solche Filme können als Masseebenen dienen oder zu einem Mikrowellen-Schaltkreis strukturiert werden. Qualitativ hochwertige, supraleitende Filme können signifikant niedrigere Werte des Oberflächenwiderstands als Kupfer- oder Goldfilme aufweisen. Dieser niedrige Oberflächenwiderstand ist bei der Herstellung von Hochleistungs-Dünnfilm- Mikrowellenschaltkreisen wie Filtern, Resonatoren und Verzögerungsleitungen wichtig.
- Während zur Herstellung von supraleitenden Dünnfilmen verschiedene Verfahren verfügbar sind, besteht eines der besseren Verfahren in der zuerst von D. Dijkkamp et al., Appl. Phys. Lett., 51, 619 - 621 (1987) beschriebenen Abscheidung durch gepulste Laser. Durch dieses Verfahren werden Dünnfilme aus supraleitendem Material mit der richtigen Stöchiometrie und einer hohen Supraleitungs-Ubergangstemperatur Tc erhalten. Zusätzlich zu der durch dieses Verfahren erhaltenen, hohen Abscheidungsgeschwindigkeit und der relativ einfachen benötigten Apparatur kann der Film bei niedrigen Substrattemperaturen gezogen werden, wie in Koren et al., Appl. Phys. Lett., 56, 2144 - 2146 (1990) diskutiert wird. Ein Hauptnachteil dieser Technik besteht darin, daß der abgeschiedene Film eine große Zahl von Teilchen enthält, die im allgemeinen als aus Teilchen bestehendes Material bezeichnet werden, die normalerweise eine Breite in der Größenordnung von 0,5 µm bis 2 µm aufweisen und die im allgemeinen in einer Dichte von 110 - 140 Teilchen/1000 µm vorhanden sind. Durch das Vorhandensein dieses aus Teilchen bestehenden Materials wird die Verwendung des Films für die meisten Anwendungen, z.B. Mikrowellen-Schaltkreise, bei denen er mit mikroskopischen Strukturen bedruckt werden muß, eingeschränkt. Koren et al. haben vermutet, daß dieses nicht wünschenswerte, aus Teilchen bestehende Material aus locker verbundenen Zielflanken, dem Verspritzen von geschmolzenem Material oder aus einem tiefen Erwärmen der unter der Oberfläche befindlichen Zielschicht resultiert, was zu einer Explosion von Kugeln und einer Kondensation in der hochdichten Wolke führt, die aus der Laser-Ablation des Ziels resultiert.
- Baboch et al. offenbaren in Appl. Phys. Lett. 55(2), S. 197 - 199, 10. Juli 1989, die Abscheidung von supraleitenden Dünnfilmen aus YBaCu&sub3;O&sub7;-Zielen unter Verwendung eines Langimpuls- (ms) Nd-Glaslasers mit einer Energie von 50 J/Impuls. Rasterelektronenmikroskopie offenbarte in dem Film kugelförmige Einschlüsse von etwa 3 µm
- Zur Verminderung der Größe und/oder der Anzahl des aus Teilchen bestehenden Materials in diesen Filmen sind mehrere Techniken beschrieben worden. Eine von Koren et al. beschriebene umfaßt die Verwendung eines zweiten Laserstrahls senkrecht zu dem ersten, um die Größe des aus Teilchen bestehenden Materials zu vermindern. Eine andere, Research Disclosure, 32397, März 1991, S. 209, umfaßt die Verwendung eines Ziels, das mit einer Geschwindigkeit bewegt wird, die mit der der Fragmente vergleichbar ist, um das aus Teilchen bestehende Material auszustoßen
- Obwohl diese Verfahren mit einigem Erfolg funktionieren, umfassen sie eine teurere und komplexere Vorrichtung als die herkömmliche Laser-Ablation und erzeugen nicht Filme für anspruchsvolle Anwendungen, die ausreichend von aus Teilchen bestehendem Material frei sind. Die vorliegende Erfindung macht ein Verfahren zur Herstellung von Filmen verfügbar, bei dem die Menge des aus Teilchen bestehenden Materials um Größenordnungen verringert wird, wodurch solche Filme einen überlegenen Nutzwert als Schaltkreis-Elemente erhalten.
- Die vorliegende, beanspruchte Erfindung macht ein Verfahren zur Herstellung von Dünnfilmen aus supraleitendem Material durch das Bombardieren eines erwärmten Ziels mit einer Strahlung aus einem gepulsten Hochenergie-UV-Laser verfügbar, wodurch eine Wolke aus Zielmaterial gebildet und die Wolke auf einem Substrat abgeschieden wird. Insbesondere macht die vorliegende, beanspruchte Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Abscheidung von supraleitendem Dünnfilm auf einem Substrat durch gepulste Laser-Ablation verfügbar, wobei die Verbesse rung das Erwärmen eines Ablationsziels auf wenigstens 500 ºC unterhalb seines Schmelzpunktes vor und während der Ablation umfaßt. Die vorliegende, beanspruchte Erfindung umfaßt weiterhin einen supraleitenden Dünnfilm mit einem Maximum von 10 auf einem Substrat abgeschiedenen Teilchen/1000 µm.
- Figur 1 zeigt ein schematisches Diagramm einer in der Praxis der vorliegenden Erfindung nützlichen Abscheidungsvorrichtung mit einem gepulsten Laser.
- Die Figuren 2 und 4 zeigen jeweils eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines gemäß der Erfindung hergestellten Dünnfilms.
- Die Figuren 3 und 5 zeigen jeweils eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Dünnfilms, der nach der herkömmlichen Laser-Ablation mit einem gepulsten Laser hergestellt wurde.
- Die zur Verwendung in der Praxis der vorliegenden Erfindung geeigneten Zielmaterialien umfassen Metalloxide. Besonders geeignete Zielmaterialien sind Kupferoxide, vorzugsweise supraleitende Kupferoxide. Somit handelt es sich bei den bevorzugten, durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten Dünnfilmen ebenfalls um supraleitende Kupferoxide. Ein supraleitendes Material ist ein Material, dessen Widerstand bei oder unterhalb einer kritischen Temperatur auf Null abfällt und/oder das perfekt diamagnetisch wird und ein Magnetfeld ausschließt, wobei dieser Effekt als Meissner- Effekt bekannt ist.
- Geeignete Kupferoxid-Supraleiter umfassen mehrere Typen von Verbindungen wie:
- (1) Seltenerd-Supraleiter des R-R-Cu-O-, R-R-R&sub3;-Cu-O-, R-Ba-Cu-O-, R-R-Ba-Cu-O-, R-Ca-Cu-O- oder R-R-Ca-Cu-O- Typs, wobei R, R und R unabhängig ein Seltenerdelement wie Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb oder Lu sind.
- (2) Wismut-Supraleiter des Bi-R-Cu-O-, Bi-R-R-Cu-O- oder Bi-R-R-R&sub3;-Cu-O-Typs, wobei R, R, R und R&sub3; jeweils unabhängig Ca, Sr, Y, Pb oder Sb sind.
- (3) Thallium-Supraleiter des Tl-R-Cu-O- oder Tl-R-R-Cu-O- Typs, wobei R, R und R jeweils unabhängig Ca, Ba, Sr oder Pb sind.
- (4) Blei-Supraleiter des Pb-R-R-Cu-O- oder Pb-R-R-R&sub3;-Cu-O- Typs, wobei R, R und R&sub3; jeweils unabhängig Sr, Ca, Sb, Ln, Nd, Ba oder Bi sind.
- Bevorzugt zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung sind supraleitende Verbindungen der folgenden Typen:
- (1) Seltenerd-Supraleiter des 1-2-3-Verbindungstyps, wie RDCu&sub3;O7-x, wobei R ein Seltenerdmetall wie Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb oder Lu ist; D Ba oder Sr ist und x 0 bis 1 ist. Spezielle Beispiele umfassen YBaCu&sub3;O7-x, wobei x 0 bis 0,3 ist.
- (2) Supraleitende Verbindungen der Formeln (AO)xDCan-1CunO2n+2 oder (AO)xDCan-1CunO2n+3 wobei A wenigstens eines der Elemente Bi, Tl oder Pb ist; D Ba oder Sr ist; x 1 bis 2 ist und n eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist. Typisch für A ist Tl, wobei x 1 oder 2 ist, und typisch für A ist Bi, wobei x 2 ist. Spezielle Beispiele umfassen TlBaCaCuO&sub7;, TlBaCaCu&sub3;O&sub9;, TlBaCa&sub3;Cu&sub4;O&sub2;, TlBaCaCuO&sub8; oder TlBaCaCu&sub3;O&sub0;.
- (3) Supraleitende Verbindungen der Formel TlePbaCabSrcCudOx, wobei a 0,1 bis 1,5 ist, b 1 bis 4 ist, c 1 bis 3 ist, d 1 bis 5 ist, e 0,3 bis 1 ist x (a+b+c+d+e+y) ist und y 0,5 bis 3 ist.
- (4) Supraleitende Verbindungen der Formel TlBaCuO6+x, wobei x 0 bis 0,5 ist.
- (5) Supraleitende Verbindungen der Formel BiSr3-xYxCuO8+y, wobei x 0,05 bis 0,45 ist und y 0 bis 1 ist.
- Besonders bevorzugte Materialien sind supraleitende Keramiken mit einem hohen Tc, wie in (3) oben beschriebene Zielmaterialien, die wie im U.S.-Patent 4 894 361 von Subramanian beschrieben hergestellt werden, und diejenigen, die ein Atomverhältnis von Y:Ba:Cu von a:b:c aufweisen, wobei a 0,5 bis 1,5 ist, b 1,5 bis 2,5 ist und c 2,5 bis 3,5 ist, hergestellt nach dem in R.K. Bordia et al, MRS Symposia Proceedings, Band 99, S. 245 - 248 (1988) beschriebenen Verfahren. Ein Beispiel für einen bevorzugten, aus diesem Material resultierenden Dünnfilm ist YBaCu&sub3;O7-x, wobei x 0 bis 0,3 ist. Andere bevorzugte Dünnfilme sind die aus TlePbaCabSrcCudOx, wobei a 0,1 bis 1,5 ist, b 1 bis 4 ist, c 1 bis 3 ist, d 1 bis 5 ist, e 0,3 bis 1 ist, x (a+b+c+d+e+y) ist und y 0,5 bis 3 ist.
- Es ist bevorzugt, daß das Ziel so dicht wie möglich ist, konsistent mit der durch das Verfahren zur Herstellung möglichen Dichte. Eine Mindest-Zieldichte von wenigstens etwa 60 % seiner spezifischen Kristalldichte ist bevorzugt, wobei eine noch mehr bevorzugte Dichte des Ziels wenigstens etwa 80 % seiner spezifischen Kristalldichte beträgt. Ziele mit Dichten von etwa 90 % oder mehr sind auf konventionelle Weise durch bekannte Synthesetechniken erreichbar. Die praktischste Form des Ziels ist die einer keramischen Tablette. Die für das Ablationsziel verwendete Tablette kann normalerweise durch das Mischen von Oxiden von Y, Ba und Cu in dem Atomverhältnis von Y:Ba:Cu von 1:2:3 hergestellt werden. Die resultierende Mischung wird 1 bis 12 h lang bei 600 ºC bis 900 ºC gebrannt, gemahlen und unter den unmittelbar zuvor beschriebenen Bedingungen nochmals gebrannt. Das resultierende Material wird nochmals gemahlen und in eine Zieltablette mit einem Durchmesser von etwa 1 cm und einer Dicke von 3 mm gepreßt. Diese Scheibe wird 1 bis 3 h lang bei 700 ºC bis 900 ºC in einer Sauerstoff-Atmosphäre gesintert.
- Nach dieser Erfindung wird das Ziel vor und während der Einwirkung der Laserstrahlung erwärmt. Das Ziel wird vorzugsweise auf wenigstens etwa 500 ºC unterhalb seines Schmelzpunkts, noch mehr bevorzugt auf etwa 300 ºC unterhalb seines Schmelzpunkts und am meisten bevorzugt auf 200 ºC unterhalb seines Schmelzpunkts erwärmt. Im Fall von YBaCu&sub3;O&sub7; mit einem Schmelzpunkt von etwa 1100 ºC ist es bevorzugt, das Ziel auf wenigstens etwa 600 ºC und noch mehr bevorzugt auf wenigstens etwa 800 ºC zu erwärmen.
- Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Abscheidungs-Vorrichtung mit einem gepulsten Laser. In Figur 1 wird ein Strahl eines Excimer-Lasers durch eine Strahlungsöffnung und dann eine Linse A geleitet und von einem Abtastspiegel durch ein Quarzglas-Fenster C auf das durch Heizung D erwärmte Ziel E reflektiert. Das Auftreffen des Laserstrahls auf Ziel E führt zur sofortigen Ablation von Material von dem Ziel in Form einer Plasmawolke F, die auf dem durch die Substratheizung H vorgewärmten Substrat G abgeschieden wird. J bezeichnet ein mehrstufig evakuiertes Massenspektrometer und I ein Dosierventil. Die gesamte Vorrichtung ist in eine als K bezeichnete Vakuumkammer eingeschlossen.
- Die Zielscheibe wird in der Vakuumkammer etwa 3 cm von dem Substrat entfernt angeordnet, auf dem der Film abgeschieden werden soll. Der Laserstrahl eines Excimer-Lasers, zum Beispiel eines Modells EMG-201 von Lambda-Physik oder eines Modells 2260 von Questek mit einem Excimer mit einer Wellenlänge von 248 nm, wird dann mit einer Impulsenergiedichte (Impulsenergie) von wenigstens 1 J/cm auf die Zielscheibe fokussiert. Das Auftreffen des Laserstrahls auf der Scheibe führt zu einem sofortigen Schmelzen und zur Expulsion von Material aus dem Ziel, das unter Bildung eines Dünnfilms mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,03 nm/Impuls auf dem Substrat abgeschieden wird. Das Ziel wird auf einer erhöhten Temperatur im Bereich von etwa 500 ºC unter seinem Schmelzpunkt, vorzugsweise etwa 300 ºC unter seinem Schmelzpunkt, am meisten bevorzugt etwa 200 ºC unter seinem Schmelzpunkt, gehalten. Wenn das Ziel Sauerstoff enthält, wird die Ablation in einer O-Atmosphäre von 1,3 - 26 Pa (10 - 200 mtorr) durchgeführt.
- Die vorliegende Erfindung umfaßt weiterhin einen supraleitenden Dünnfilm, hergestellt nach dem oben beschriebenen Verfahren der vorliegenden Erfindung. Die Eigenschaften des durch Laser-Ablation gebildeten Films können durch eine Anderung der Substrattemperatur variiert werden. Die Abscheidung auf dem Substrat bei Raumtemperatur führt zu einem amorphen Film der gewünschten Stöchiometrie, während die Abscheidung auf einem auf sehr hohe Temperaturen (> 700 ºC) erwärmten Substrat Filme ergibt, die eine Mischung der Kristallphasen der Oxide darstellen. Die Abscheidung wird vorzugsweise bei über 450 ºC durchgeführt, um einen Film zu erreichen, der während des anschließenden Erwärmens des Films über den Bereich von 820 ºC bis 950 ºC eine gute, angrenzende Morphologie aufweist. Das ablatierte Material wird abgeschieden, so daß ein Film mit einer Dicke von 0,1 µm bis 2 µm, vorzugsweise 0,1 um bis 0,2 µm erhalten wird. Ein typischer Film mit einer Dicke von 0,2 µm weist weniger als 10 Teilchen/1000 µm auf, wenn das Ziel nach dieser Erfindung erwärmt wird.
- In der vorliegenden Erfindung nützliche Substrate sind mit der Bildung des Supraleiters kompatibel.
- Bevorzugte Substrate sind MgO, LaAlO&sub3;, SrTiO&sub3; und durch Yttriumoxid stabilisiertes Zirconiumoxid (YSZ).
- Der durch diese Erfindung hergestellte, supraleitende Film kann zu Vorrichtungen wie Resonatoren, Verzögerungsleitungen, Filtern und anderen passiven Bauelementen verarbeitet werden. Der supraleitende Film kann auch mit Halbleitermaterialien kombiniert werden, wodurch aktive Bauelemente hergestellt werden. Bauelemente können als Mikrostreifenleiter-, Streifenleiter- und koplanare Anordnungen konstruiert werden. Abhängig von der Verwendung kann der supraleitende Film direkt in einem Schaltungs-Bauelement verwendet oder alternativ mit einer Struktur versehen werden.
- Das Strukturieren des supraleitenden Films wird durch das Abscheiden eines lichthärtbaren Polymers auf dem Oxidfilm durchgeführt. Die Dicke des lichthärtbaren Polymerfilms beträgt 1 µm bis 20 µm. Das abgeschiedene, lichthärtbare Polymer wird bildweise mit Strahlung belichtet, die dazu in der Lage ist, das Polymer zu härten. Wenn das lichthärtbare Polymer ein Negativresisttyp ist, stellt das bestrahlte (gehärtete) Polymer die erwünschte Struktur des Oxid-Supraleiters dar. Nach der Einwirkung von Strahlung wird das lichthärtbare Polymer mit einem Lösungsmittel in Berührung gebracht, um diejenigen Bereiche des Polymerfilms zu entfernen, die nicht durch Strahlung gehärtet wurden, um den Oxidfilm da freizulegen, wo Oxid- Supraleiter nicht erwünscht ist. Der bestrahlte Oxidfilm wird mit einem chemischen Ätzmittel entfernt.
- Wenn es sich bei dem lichthärtbaren Polymer um einen Positivresisttyp handelt, bildet das unbelichtete Polymer die erwünschte Struktur des Oxid-Supraleiterfilms. Das bestrahlte Polymer wird mit einem Lösungsmittel in Berührung gebracht, wodurch diejenigen Bereiche des Polymerfilms entfernt werden, die durch Strahlung gehärtet werden, wodurch der Oxidfilm in denjenigen Bereichen freigelegt wird, wo Oxid-Supraleiter nicht erwünscht ist. Der freigelegte Oxidfilm wird mit einem chemischen Ätzmittel entfernt.
- Eine qualitativ hochwertige, hohe Auflösung (5 µm breite Linien) in dem strukturierten Film kann durch die Verwendung von lichthärtbaren Positivresist-Polymeren erhalten werden. Beispiele für diese Polymere umfassen AZ5214-E, ein Propylenglycolmonomethyletheracetatkresol-Novolackharz von der American Hoechst Corporation, Rte. 202-206 N., Post Office Box 2500, Somerville, NJ 08876. Ein anderer, brauchbarer Positivresist ist KTI 820 von KTI Chemicals Incorporated, 1170 Sonora Court, Sunnyvale, CA 94086. Diese beiden Positivresist-Polymere werden in basischen Lösungen entwickelt. Eine geeignete basische Lösung umfaßt einen Teil Natriumhydroxid in 80 Teilen HO und einen Teil Kaliumhydroxid in 80 Teilen HO. Der Resist wird 1 min lang in einem ersten Bad dieser basischen Lösung, 2 min lang in einem zweiten Bad der basischen Lösung entwikkelt und in Wasser gespült.
- Das wohlbekannte Ätzen mit einem reaktiven Ionenstrahl kann ebenfalls zur Strukturierung der supraleitenden Filme verwendet werden, um sehr feine Linienbreiten und eine hervorragende Festlegung von Eigenschaften zu erhalten.
- Die Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben.
- Eine supraleitende YBaCu&sub3;O&sub7;-Tablette mit hoher Dichte wurde auf einer modifizierten Heizwicklung eines Kraftfahrzeug- Zigarettenanzünders montiert. Die Zieltemperatur wurde durch das Einstellen der an die Heizwicklung des Anzünders angelegten Spannung durch einen kommerziell erhältlichen Spannungsregler gesteuert. Um eine Zieltemperatur von über 800 ºC zu erzeugen, wurde die Spannung auf 8 V Wechselstrom eingestellt. Das Substrat, auf dem der Film aus supraleitendem, keramischen Oxid abgeschieden wurde, war ein 500 um dicker, an der c-Achse orientierter LaAlO&sub3;-Einkristall, der während der Abscheidung auf 700 ºC erwärmt wurde. Das Ziel und das Substrat wurden - wie in Figur 1 veranschaulicht - etwa 3 cm voneinander entfernt angeordnet. Das Ziel wurde auf etwa 800 ºC erwärmt. Die Ablation wurde an drei verschiedenen Punkten auf dem Ziel durchgeführt, wobei jeder einen Ablationsbereich von 1400 µm x 1400 µm aufwies und ein Laserstrahl mit 248 nm aus einem KrF-Excimer-Laser, Modell 2260 von Questek, verwendet wurde. Die Impulsenergie betrug 295 mJ/Impuls bei 10 Hz, was am Ziel eine Impulsenergie von 1,2 J/cm ergab. Der erste Zielbereich wurde 10 min (oder 6000 Impulse) lang ablatiert. Der zweite Zielbereich wurde ebenfalls 10 min lang ablatiert, und der letzte Zielbereich wurde 1 min lang ablatiert. Zur Erhöhung der Ablations-Wirksamkeit und auch zur Ermöglichung späterer Untersuchungen durch rasterelektronenmikroskopische (SEM) Aufnahmen wurden drei getrennte Ablationsstellen ausgewählt. Um eine konstante Temperatur des Ziels aufrecht zu erhalten, wurde die Spannung der Zielheizung periodisch eingestellt. Es wurden insgesamt 12 000 Impulse abgeschieden. Der Sauerstoffdruck in der Kammer wurde auf 13 Pa (100 mtorr) gehalten, und nach der Abscheidung wurde das Substrat mit dem darauf abgeschiedenen Film in Sauerstoff mit 101 x 10³ Pa (760 Torr) 30 min lang bei 400 ºC getempert, gefolgt von einem langsamen Abkühlen bei Raumtemperatur. Die SEM-Analyse des Films zeigte, daß der Film bei einer minimalen Zahl von Teilchen, etwa 6 Teilchen/1000 µm, sehr glatt war (Figur 2). Die SEM-Analyse des Ziels zeigte, daß das Ziel geschmolzen war und daß eine Morphologie vorn Kegel- und vorn Schmelztyp beobachtet wurde. Die Kegelform war jedoch sehr unregelmäßig und dünn, verglichen mit den zuvor beobachteten Kegeln auf einem Raumtemperatur-Ziel. Es war offensichtlich, daß die Kegel und Tröpfchen auf dem Ziel teilweise geschmolzen waren. Rutherford-Rückstreuungsspektrometrie (RBS) des Films zeigte eine Zusammensetzung mit den folgenden Y-, Ba- und Cu-Atomverhältnissen: 0,95 ± -0,05, 2,00 ± -0,14 und 3,05 ± -0,13 (theoretische Verhältnisse: 1,00, 2,00, 3,00).
- Das Verfahren von Beispiel 1 wurde befolgt, außer, daß das Ziel vor oder während der Abscheidung nicht erwärmt wurde. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen des resultierenden Films sind in Figur 3 dargestellt. Die Analyse des Films zeigte etwa 100 - 140 Teilchen/1000 µm. Der Vergleich der Figuren 2 und 3 zeigt klar die Abnahme sowohl der Größe als auch der Anzahl des aus Teilchen bestehenden Materials, wenn das Zielmaterial vor und während des Abscheidungsverfahrens erwärmt wird.
- Eine Zieltablette mit hoher Dichte aus supraleitendem Keramikoxid, YBACu&sub3;O&sub7; (5,7 g/cm³, 90 % der theoretischen Dichte), wurde auf einer modifizierten Heizwicklung eines Kraftfahrzeug-Zigarettenanzünders montiert. Die Zieltemperatur wurde durch das Einstellen der an die Heizwicklung des Anzünders angelegten Spannung durch einen kommerziell erhältlichen Spannungsregler gesteuert. Das Ziel wurde auf 600 ºC erwärmt und während der Abscheidung des Films auf der Temperatur gehalten. Das Substrat, auf dem der Film aus supraleitendem, keramischen Oxid abgeschieden wurde, insbesondere ein 500 um dicker, an der c-Achse orientierter LaAlO&sub3;-Einkristall, wurde während der Abscheidung auf 700 ºC erwärmt. Das Ziel und das Substrat wurden in einer kommerziell erhältlichen Abscheidungskammer mit einem gepulsten Laser, wobei ein KrF-Laser mit einer wellenlänge von 248 nm verwendet wurde, etwa 3 cm voneinander entfernt angeordnet. Während der Abscheidung wurde die Impulsenergie des Lasers unter Verwendung eines Questek- Powerlok bei 470 mJ/Impuls auf 2,5 J/cm gehalten. Insgesamt wurden 12 000 Impulse (4 Stellen mit 3000 Impulsen pro Stelle) mit 10 Impulsen/s abgeschieden. Die Größe der Laser-Ablation betrug 1200 µm x 1200 µm, von einer Strahlungsöffnung neben der Laserquelle her gesehen. Die Ablation wurde in einer Atmosphäre aus reinem Sauerstoff bei einem Druck von 13 Pa (100 mtorr) durchgeführt. Nach der Abscheidung wurde das Substrat mit dem darauf abgeschiedenen Film 30 min lang bei 400 ºC in 101 x 10³ Pa (760 Torr) Sauerstoff getempert, gefolgt von einem langsamen Abkühlen auf Raumtemperatur. Die RBS- Analyse des Films zeigte, daß die Atomzusammensetzung von Y, B, Cu wie folgt war: 0,92 ± 0,08, 2,00 ± 0,10, 3,08 ± 0,11.
- Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen des resultierenden Films sind in Figur 4 dargestellt.
- Es wurde das Verfahren von Beispiel 2 befolgt, außer daß das Ziel vor oder während der Abscheidung nicht erwärmt wurde.
- Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen des resultierenden Films sind in Figur 5 dargestellt. Der Vergleich der Figuren 4 und 5 zeigt klar die Abnahme sowohl der Größe als auch der Anzahl des aus Teilchen bestehenden Materials, wenn das Zielmaterial vor und während des Abscheidungsverfahrens erwärmt wird.
Claims (11)
1. Verfahren zur Abscheidung eines supraleitenden
Kupferoxid-Dünnfilms auf einen Substrat durch gepulste Excimer-
Laser-Ablation, dadurch gekennzeichnet, daß ein Target
für die Metalloxid-Ablation vor und während der Ablation
auf wenigstens 500 ºC unterhalb seines Schrnelzpunkts
erwärmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Targetmaterial und
der supraleitende Dünnfilm jeweils ein Kupferoxid
umfassen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Targetmaterial ein
Atornverhältnis von Y:Ba:Cu von a:b:c aufweist, wobei a
0,5 bis 1,5 ist, b 1,5 bis 2,5 ist und c 2,5 bis 3,5
ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der supraleitende
Dünnfilm YBaCu&sub3;O7-x umfaßt, wobei x 0 bis 0,3 ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der supraleitende
Dünnfilm TlePbaCabSrcCudOx ist, wobei a 0,1 bis 1,5 ist, b
1 bis 4 ist, c 1 bis 3 ist, d 1 bis 5 ist, e 0,3 bis
1 ist, x (a+b+c+d+e+y) ist und y 0,5 bis 3 ist.
6. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Targetmaterial
TlePbaCabSrcCudOx ist, wobei a 0,1 bis 1,5 ist, b 1 bis
4 ist, c 1 bis 3 ist, d 1 bis 5 ist , e 0,3 bis 1 ist,
x (a+b+c+d+e+y) ist und y 0,5 bis 3 ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Targetmaterial ein
Dichtetarget von wenigstens 60 % seines spezifischen
Kristallgewichts aufweist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, durchgeführt bei einem
Höchstdruck von etwa 26 Pa.
9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat MgO,
Laab&sub3;, SrTiO&sub3; oder durch Yttriumoxid stabilisiertes
Zirkoniumoxid umfaßt.
10. Supraleitender Dünnfilm, umfassend YBaCu&sub3;O7-x, wobei x
0 bis 0,3 ist, oder TlePbaCabSrcCudOx, wobei a 0,1 bis
1,5 ist, b 1 bis 4 ist, c 1 bis 3 ist, d 1 bis 5 ist,
e 0,3 bis 1 ist, x (a+b+c+d+e+y) ist und y 0,5 bis 3
ist, wobei der Film nicht mehr als 10 Makroteilchen auf
1000 µm enthält, wobei die Makroteilchen eine Breite von
0,5 µm bis 2 µm aufweisen, wobei der Film auf einem
Substrat abgeschieden ist.
11. Film nach Anspruch 10 mit einer Dicke von 0,1 bis 0,2 µm.
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