KR0125327B1

KR0125327B1 - Method of manufacture for five pole-lowpass superdconductor

Info

Publication number: KR0125327B1
Application number: KR1019930026301A
Authority: KR
Inventors: 강광용; 이종용; 성건용; 서정대
Original assignee: 양승택; 한국전자통신연구원
Priority date: 1993-12-03
Filing date: 1993-12-03
Publication date: 1997-12-10
Also published as: KR950021825A

Abstract

A fabrication method of planar superconductor five poles low pass filter is provided to improve accuracy of patterns and SN(signal-to-noise) ratio in the range of microwave band. The method comprises the steps of: forming a superconductor film(1) on LaAlO3 substrate(2) using PLD(pulse laser deposition) method; spin-coating a photoresist film on the superconductor film(1) and hard baking; milling the photoresist film and the superconductor film(1) using ECR(electron cyclotron resonance); removing an Ag-paste formed in rear of the substrate(2) and polishing; and forming an input/output terminals(3) in the rear surface of the substrate. Thereby, it is possible to improve accuracy of circuit pattern.

Description

평면형 고온초전도 5극-저역통과 필터(5 GHz용)의 제조방법Manufacturing method of planar high temperature superconducting 5-pole-low pass filter (for 5 GHz)

제1도는 본 발명에 따른 평면형 고온초전도 5극 저역통과필터의 회로 패턴을 나타낸 것으로,1 is a circuit pattern of a planar high temperature superconducting 5-pole low pass filter according to the present invention.

(A)는 고온초전도 박막제조용 LaAlO3 단결정기판의 두께가 0.5mm인 경우의 회로패턴,(A) shows a circuit pattern when the thickness of the LaAlO3 single crystal substrate for high temperature superconducting thin film manufacturing is 0.5 mm,

(B)는 고온초전도 박막제조용 LaAlO3 단결정기판의 두께가 1.0mm인 경우의 회로패턴.(B) is a circuit pattern when the thickness of the LaAlO3 single crystal substrate for high temperature superconducting thin film manufacturing is 1.0 mm.

제2도의 (A) 및 (B)는 본 발명에 따라 제조된 5GHz용 평면형 저역통과 필터의 단면도 및 평면도.(A) and (B) of FIG. 2 are cross-sectional and plan views of a planar lowpass filter for 5 GHz manufactured according to the present invention.

제3도는 본 발명에 따른 평면형 고온초전도 5극 저역통과 필터의 다른 실시에 회로패턴을 나타낸 것으로,Figure 3 shows a circuit pattern in another embodiment of the planar high temperature superconducting 5-pole low pass filter according to the present invention,

(A)는 고온초전도 박막제조용 MgO 단결정기판의 두께가 0.5mm인 경우의 회로패턴이고,(A) is a circuit pattern when the thickness of the MgO single crystal substrate for high temperature superconducting thin film manufacturing is 0.5 mm,

(B)는 고온초전도 박막제조용 MgO 단결정기판의 두께가 1.0mm인 경우의 회로패턴.(B) is a circuit pattern when the thickness of the MgO single crystal substrate for high temperature superconducting thin film manufacturing is 1.0 mm.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 저역통과 필터의 회로패턴(고온초전도 박막)1: Circuit pattern of low pass filter (high temperature superconducting thin film)

2 : 단결정기판 3 : 입출력단2: single crystal substrate 3: input / output

4 : Cr 박막 5 : Cu 박막4: Cr thin film 5: Cu thin film

6 : Au 박막6: Au thin film

본 발명은 마이크로파 수동소자인 저역통과 필터를 고온초전도 박막으로 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 LaAlO3 또는 MgO단결정기판 위에 고온초전도 YBa2Cu3O7-δ 에피택셜 박막을 제조한 후, 소정의 주파수 보다 낮은 주파수만을 통과시키는 마이크로파용 5극-저역통과 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a low pass filter, which is a microwave passive element, as a high temperature superconducting thin film. More specifically, after the high temperature superconducting YBa2Cu3O7-δ epitaxial thin film is prepared on a LaAlO3 or MgO single crystal substrate, the frequency is lower than a predetermined frequency. A method of making a 5-pole-low pass filter for microwaves passing through a bay is provided.

오늘날 이동통신 및 위성통신의 비약적인 발전이 거듭됨에 따라 상기의 통신시스템에서는 대용량의 정보를 특정 마이크로파 대역에서 기존의 시스템 보다 깨끗하고 잡음없이 고속, 고주파 통신이 가능하도록 강하게 요구하는 단계에 접어들었다.With the rapid development of mobile communication and satellite communication today, the communication system has entered into a stage that requires a large amount of information to enable high-speed, high-frequency communication without noise and noise in a specific microwave band.

특히, 위성통신, 이동통신 및 개인통신의 중요성이 커짐에 따라 더 높은 주파수 사용이 요구되고, 대용량의 정보를 고속으로 처리하는 정보, 통신시스템이 필요하며, 이들 시스템을 구성하는 핵심 고주파 통신부품의 특성향상도 절실하게 요구되고 있다.In particular, as the importance of satellite communication, mobile communication and personal communication increases, the use of higher frequencies is required, and information and communication systems that process large amounts of information at high speed are needed. The improvement of characteristics is also urgently required.

S.H. Talisa의 “Status of High-Temperature superconducting Analog Device”, SPIE Vol. 1477“(Super conductivity Applications for Infrared and Microwave Devices) pp. 78∼84(1991)”에는 고온초전도 박막을 마이크로파 통신 소자에 적용하기 위한 시도가 개시되어 있다.S.H. Talisa's “Status of High-Temperature superconducting Analog Device”, SPIE Vol. 1477 “(Super conductivity Applications for Infrared and Microwave Devices) pp. 78-84 (1991) discloses an attempt to apply a high temperature superconducting thin film to a microwave communication element.

고온초전도 단결정박막을 이용하여 마이크로파 통신부품을 제조하면 냉각문제는 수반되지만 기존의 금, 구리 등의 금속 박막으로 제작한 통신부품에 비해 무게와 크기를 줄이고, 성능을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대되고 있다.The manufacture of microwave communication parts using high temperature superconducting single crystal thin film is accompanied by cooling problems, but it is expected to reduce the weight and size and to significantly improve the performance compared to the communication parts made of metal thin films such as gold and copper. have.

따라서, 본 발명은 이동통신 및 위성통신 송ㆍ수신 시스템에 사용되는 핵심소자 중의 하나인 마이크로파 저역통과 필터를 보다 소형ㆍ경량으로 제작함과 동시에 그 성능을 향상시킬수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for improving the performance of the microwave lowpass filter, which is one of the key elements used in mobile communication and satellite communication transmission / reception systems, in a smaller size and at the same time. .

이와같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 양질의 고온초전도 박막을 이용하여 마이크로파 저역통과 필터를 제조한다.In order to achieve the above object, the present invention manufactures a microwave low pass filter using a high quality high temperature superconducting thin film.

초전도 전자소자의 제작에 다성분체(多成分體)인 고온초전도체를 응용하기 위해서는 양질의 에피택셜 박막의 제조가 필수적이다.In order to apply a high temperature superconductor, which is a multi-component body, to manufacture a superconducting electronic device, it is essential to manufacture a high quality epitaxial thin film.

이와 같이 고온초전도 소자의 제작에 있어서 필수조건인 양질의 박막을 얻기 위해 본 발명에서는 펄스레이저 증착(PLD)시스템을 사용하여 고온초전도 박막을 제조하고 박막제조용 기판으로서는 유전체인 LaAlO3 단결정기판을 사용한다.As described above, in order to obtain a high quality thin film which is an essential condition for fabricating a high temperature superconducting device, the present invention manufactures a high temperature superconducting thin film using a pulsed laser deposition (PLD) system, and uses a LaAlO3 single crystal substrate which is a dielectric as a thin film manufacturing substrate.

고온초전도 박막으로 마이크로파 수동소자의 회로패턴을 제작할 때 소자의 성능을 좌우하는 마이크로스트립선(microstrip line) 즉, 신호전송용 채널의 길이가 정확해야 하는데 정밀한 회로패턴을 얻기 위하여 본 발명에서는 반도체 소자 제조공정과 유사한 리소그래픽 공정과, ECR 건식식각 및 EDTA 습식식각을 거치는 혼합식각공정 등을 활용하여 고온초전도 박막상에 설계한 회로패턴을 형상화 한다.When fabricating a circuit pattern of a microwave passive device using a high temperature superconducting thin film, a microstrip line that determines the performance of the device, that is, the length of a channel for signal transmission must be accurate. The circuit pattern designed on the high temperature superconducting thin film is shaped by using lithographic process similar to the process and mixed etching process through ECR dry etching and EDTA wet etching.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명의 소자제조 방법은 MgO 또는 LaAlO3 기판위에 PLD법으로 고온초전도 물질인 YBa2Cu3O7-δ을 증착하여 고온초전도 박막을 제조하는 단계와, 전자선 마스크(electron-beam mask)를 사용하는 포토리소그래픽 공정에 의해 회로패턴을 상기의 고온초전도 박막 위에 옮기기 위해, 상기 고온초전도 박막 위에 포토레지스트를 도포하고 상기 마스크를 정렬시킨 후 자외선에 노출시키고, 상기 포토레지스트를 현상한 다음 소정의 시간동안 하드베이킹(hard baking)을 수행하는 단계와, ECR 식각장비에 의해 상기 고온초전도 박막과 상기 포토레지스트를 밀링(milling)하여 대체적인 회로패턴을 형상화하는 단계와, 시료를 EDTA 용액과 아세톤 용액속에 차례로 집어넣어 상기 회로패턴의 예리도(銳利度)를 높임과 동시에 남아 있는 상기 포토레지스트를 완전히 제거한 후, 시료표면의 유기물이나 기타의 불순물까지 제거하기 위해 시료를 세정하는 단계와, 상기 고온초전도 박막의 증착시 상기 기판을 고정하기 위해 사용한 단결정기판 뒷면의 은 접착제(Ag-paste)를 제거하고 접지평면(ground plane)을 형성하기 위해 상기 기판의 뒷면을 폴리싱(polishing)하는 단계와, 상기 기판의 폴리싱된 뒷면에 상기 접지 평면을 형성하는 단계와, 고주파하우징(jig)의 K-컨넥터 핀과 마이크로스트립선의 우수한 접촉 및 정합을 위해 3-성분치구를 설계ㆍ제작하고 상부성분(뚜껑)을 특수하게 제작하여 컨넥터 핀과 입출력단과의 접촉상태를 확인하면서 마이크로파 특성을 평가하는 단계까지를 포함하는 것이 특징이다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, the device manufacturing method of the present invention is a step of manufacturing a high-temperature superconducting thin film by depositing a high-temperature superconducting material YBa2Cu3O7-δ by the PLD method on the MgO or LaAlO3 substrate, and the electron beam mask In order to transfer the circuit pattern onto the high temperature superconducting thin film by a photolithographic process using an electron-beam mask, a photoresist is applied on the high temperature superconducting thin film, the mask is aligned, and then exposed to ultraviolet light, and the photo Developing the resist and then performing hard baking for a predetermined time, forming an alternative circuit pattern by milling the high temperature superconducting thin film and the photoresist by an ECR etching apparatus; Samples are placed in EDTA and acetone solutions one after another to increase the sharpness of the circuit pattern. After the photoresist is completely removed, the sample is washed to remove organic matter or other impurities on the surface of the sample, and the silver adhesive on the back side of the single crystal substrate used to fix the substrate when the high temperature superconducting thin film is deposited. Polishing the back side of the substrate to remove Ag-paste and forming a ground plane, forming the ground plane on the polished back side of the substrate, and a high frequency housing ) Design and manufacture 3-component jig for excellent contact and matching of K-connector pin and microstrip wire, and specially manufactured upper component (lid) to evaluate microwave characteristics while confirming contact state between connector pin and input / output terminals. It is characterized by including the steps up to.

이제부터 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 대해 상세히 설명한다.The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 고온초전도 마이크로파 소자의 회로패턴을 최적으로 설계하기 위해서 EEsof, MDS 등과 같은 마이크로파 부품 개발용 소프트웨어를 이용한다.In order to optimally design the circuit pattern of the high temperature superconducting microwave device according to the present invention, software for microwave component development such as EEsof, MDS, etc. is used.

이와 같은 소프트웨어를 이용하여 소자의 패턴을 설계하면, 창출된 소자를 실제로 부품으로서 제조하지않고도 부품으로서의 적합성 여부를 미리 살펴볼 수 있다.By designing the pattern of the device using such software, it is possible to examine the suitability as a part in advance without actually producing the created device as a part.

특히, 이와같은 방식으로 마이크로파 소자를 설계하면, 설계시 고려해야 할 제반 공정변수(예를들면, 마이크로스트립선의 선폭 및 두께, 사용하는 기판의 유전상수 및 두께, 도체의 선폭과 두께 및 전도도 등)를 변화시키면서 회로의 이론적인 마이크로파 응답 등을 미리 살펴볼 수 있기 때문에, 실제의 제조 공정시에 발생될 수 있는 여러가지의 시행착오를 대폭 줄일 수 있다.In particular, when designing a microwave device in this manner, it is important to design all the process parameters that need to be considered in the design (eg, the line width and thickness of the microstrip line, the dielectric constant and thickness of the substrate used, the line width and thickness and conductivity of the conductor, etc.). By examining the theoretical microwave response of the circuit in advance, the various trials and errors that may occur during the actual manufacturing process can be greatly reduced.

제1도는 이상과 같은 방식에 의해 설계된 마이크로파 소자의 회로패턴을 나타낸 것으로, (A) 및 (B)는 본 발명에서 기판으로서 사용되는 유전체 단결정인 LaAlO3의 두께가 각각 0.5mm, 1.0mm일 때의 최적회로패턴을 각각 나타낸 것이다.FIG. 1 shows a circuit pattern of a microwave device designed by the above method. (A) and (B) show a thickness of 0.5 mm and 1.0 mm, respectively, of LaAlO3, which is a dielectric single crystal used as a substrate in the present invention. The optimum circuit patterns are shown respectively.

제1도에서, 참조번호 1로 나타낸 것이 고온초전도 박막으로 형상화 한 마이크로스트립선(또는 체널길이)과 오픈-스터브선을 표시한 것이고, 2는 LaAlO3 단결정기판, 3은 입출력단을 각각 나타낸 것이다.In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a microstrip line (or channel length) and an open-stub line shaped as a high temperature superconducting thin film, 2 denotes a LaAlO3 single crystal substrate, and 3 denotes an input / output end, respectively.

마이크로파 저역통과 필터는 기본적으로 마이크로파 신호가 입출력되는 입출력단(3)과 신호인 파장길이와 관련된 마이크로스트립(1)으로 이루어진다.The microwave low pass filter basically consists of an input / output stage 3 through which a microwave signal is inputted and output, and a microstrip 1 associated with the wavelength of the signal.

따라서 저역통과필터의 제작에 있어서 가장 중요하게 고려되어야 할 사항은 마이크로스트립선(microstrip line)과 오픈-스터브선을 얼마나 정밀하게 제작할 수 있느냐 하는 점이다.Therefore, the most important consideration in the fabrication of the low pass filter is how precisely the microstrip line and the open-stub line can be manufactured.

이러한 점을 고려하여 설계된, 본 발명에 따른 저역통과 필터의 회로패턴이 갖는 특징을 열거하면 다음과 같다.The characteristics of the circuit pattern of the low pass filter according to the present invention, which are designed in consideration of this point, are as follows.

첫째, 설계한 회로패턴에서의 최소선폭은 기판의 두께에 따라서 달라지는데, LaAlO3 기판의 두께가 0.5mm인 경우의 최소선폭은 0.030mm가 되도록 설계하고, 기판의 두께가 1.0mm인 경우에는 0.032mm가 되도록 설계한다.First, the minimum line width in the designed circuit pattern depends on the thickness of the substrate. When the thickness of the LaAlO3 substrate is 0.5 mm, the minimum line width is designed to be 0.030 mm, and when the thickness of the substrate is 1.0 mm, 0.032 mm Design to be

둘째, 마이크로스트립선 및 오픈스터브선(1)으로 구성되는 마이크로파용 5극 저역통과 필터이다.Secondly, it is a 5-pole low pass filter for microwave, which is composed of a microstrip wire and an open stub wire (1).

셋째, 고주파하우징(도시되지 않음)에 부착된 K-컨넥터의 핀 또는 SAM 컨넥터 핀과 마이크로스트립선(1) 사이의 우수한 정합을 얻기 위하여 입출력단(3)은 마이크로스트립선(1) 보다 넓게 설계된다.Third, the input / output end 3 is designed to be wider than the microstrip line 1 to obtain a good match between the pin of the K-connector attached to the high frequency housing (not shown) or the SAM connector pin and the microstrip line 1. do.

넷째, 회로패턴의 마이크로파 응답은 고주파 하우징까지를 포함하는 서브시스템(부품)을 고려하여 5GHz이하의 신호만을 여파(filtering)하도록 설계한다.Fourth, the microwave response of the circuit pattern is designed to filter only signals below 5 GHz in consideration of a subsystem (component) including up to a high frequency housing.

그리고 이와같은 회로패턴은 고온초전도 박막을 제조하기 위한 유전체 단결정기판의 종류와 두께에 따라 패턴모양이 다르게 설계될 수 있다.The circuit pattern may be designed differently according to the type and thickness of the dielectric single crystal substrate for manufacturing the high temperature superconducting thin film.

이상과 같이 설계된, 본 발명에 따른 고온초전도 마이크로파 저역통과 필터의 제조방법에 대해 바람직한 실시예를 나타낸 제2도에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.When described in detail based on FIG. 2 showing a preferred embodiment of the method for manufacturing a high-temperature superconducting microwave lowpass filter according to the present invention designed as described above is as follows.

우수한 특성의 고온초전도 전자소자를 얻기 위해서는 양질이 고온초전도 에피택셜 박막이 필수적이므로, 본 발명에서는 펄스 레이저 증착(PLD)장비를 이용하여 고온초전도 에피택셜 박막을 형성한다.In order to obtain a high temperature superconducting electronic device having excellent characteristics, a high temperature superconducting epitaxial thin film is essential, so that the high temperature superconducting epitaxial thin film is formed by using a pulsed laser deposition (PLD) device.

이 과정을 보다 구체적으로 설명하면, 보다 나은 양질의 초전도박막을 증착하기 위하여, 먼저 유전상수(ε)가 24인 LaAlO3 기판 위에 초전도박막을 중착하기에 앞서 ECR 밀링(milling) 장비로서 상용의 LaAlO3 기판(2)을 더욱 평활하게 표면처리한다.In more detail, in order to deposit a better quality superconducting thin film, a commercial LaAlO3 substrate is used as an ECR milling equipment prior to depositing a superconducting thin film on a LaAlO3 substrate having a dielectric constant (ε) of 24. Surface treatment of (2) more smoothly.

상기의 기판표면 처리공정은 약 1mA/cm2의 이온빔 전류로서 약 10분 정도 수행된다.The substrate surface treatment process is performed for about 10 minutes with an ion beam current of about 1 mA / cm 2.

이어서, 표면처리가 완료된 LaAlO3 기판(2)위에 액시머 레이저(XeCl)를 이용한 PLD(pulsed laser deposition)법으로 고온초전도 물질인 YBa2Cu3O7-δ을 350nm 정도의 두께로 증착한 호(760℃, 200mTorr), 인 슈트열처리 공정을 거쳐 양질의 고온초전도 에피택셜(epitaxial) 박막(1)을 형성한다.Subsequently, an arc of high temperature superconducting material YBa2Cu3O7-δ deposited at a thickness of about 350 nm on a surface-treated LaAlO3 substrate 2 by a pulsed laser deposition (PLD) method using an excimer laser (XeCl) (760 ° C, 200mTorr) The high temperature superconducting epitaxial thin film 1 is formed through the in-shoot heat treatment process.

고주파부품 개발용 소프트웨어에 의해 얻어진 최적의 회로패턴(제2조의 (B)참조)이 전사(轉寫)되어 있는 전자선 마스크(electron-beam mask)를 사용하는 포토리소그래픽 공정에 의해 회로패턴을 상기 고온초전도 박막(1) 위에 옮겨 형상화 한다.The circuit pattern is recalled by a photolithographic process using an electron-beam mask in which an optimal circuit pattern (see Article 2 (B)) obtained by the high frequency component development software is transferred. It transfers to the high temperature superconducting thin film 1, and shapes it.

참고로, 상기의 포토리소그래픽 공정에서는 포토레지스트로서 AZ 4500을 사용하고, 이 포토레지스트는 회전도포 방식(spin coating)에 의해 4000RPM의 속도로 약 90초 동안 상기 고온초전도 박막(1) 위에 균질하게 도포된다.For reference, in the photolithographic process, AZ 4500 is used as a photoresist, which is homogeneously formed on the high temperature superconducting thin film 1 for about 90 seconds at a speed of 4000 RPM by spin coating. Is applied.

이어서, 포토레지스트가 도포된 시료(試料)를 자외선에 약 3분 정도 노출시키고, 노광된 시료를 AZ350 현상액(developer)에 약 5분 정도 담가 상기 포토레지스트를 형상한 후, 약 3분 정도 하드베이킹(hard baking)을 수행한다.Subsequently, the photoresist-coated sample is exposed to ultraviolet light for about 3 minutes, the exposed sample is immersed in AZ350 developer for about 5 minutes to form the photoresist, and then hardbaked for about 3 minutes. (hard baking) is performed.

이어서, ECR 식각장비에 의해 현상 후 남은 고온초전도 박막과 포토레지스트를 약 30분 동안 밀링하여 대략적인 회로 패턴을 형상화한다.Subsequently, the high temperature superconducting thin film and the photoresist remaining after the development by the ECR etching apparatus are milled for about 30 minutes to form an approximate circuit pattern.

이상과 같이 1차적인 회로패턴의 형상화가 이루어지면 회로패턴의 예리도(sharpness)를 높이고 남아 있는 포토레지스트를 완전히 제거하기 위하여, 시료를 EDTA 용액 속에 넣어 습식식각을 수행한다.When the primary circuit pattern is formed as described above, in order to increase the sharpness of the circuit pattern and completely remove the remaining photoresist, the sample is placed in an EDTA solution and wet etching is performed.

이어서, 시료표면의 유기물이나 기타의 불순물들을 제거하기 위해 고순도의 아세톤으로 시료를 세정하면 제2(B)도에 도시된 바와 같은 고온초전도 마이크로파 저역통과 필터의 회로패턴을 얻게 된다.Subsequently, cleaning the sample with high purity acetone to remove organic matters or other impurities on the surface of the sample yields a circuit pattern of the high temperature superconducting microwave low pass filter as shown in FIG.

이와같은 공정에 의해 시료의 세정이 완료되면, 고온초전도 박막(1)의 증착시 기판(2)을 고정하기 위하여 사용한 기판 뒷면의 은 접착제(Ag-paste)를 제거하고, 전자장의 확산과 누설전류의 극소화를 위한 접지평면(ground plane)을 형성하기 위해 특별히 제작한 기구물을 이용하여, 기판(2)의 앞면에 형성된 회로패턴이 손상되지 않도록 세심한 주의를 기울이면서 기판(2)의 뒷면을 깨끗이 폴리싱(polishing)한다.When the cleaning of the sample is completed by such a process, the silver adhesive (Ag-paste) on the back side of the substrate used to fix the substrate 2 during deposition of the high temperature superconducting thin film 1 is removed, and the diffusion and leakage current of the electromagnetic field are removed. Using a specially manufactured device to form a ground plane for minimizing the number of layers, the back surface of the substrate 2 is polished cleanly, paying close attention not to damage the circuit pattern formed on the front surface of the substrate 2. (polishing)

이어서, 상기 기판(2) 뒷면에 접지평면을 형성하기 위해 Cr, Cu, Au 금속박막을 차례로 증착한다.Subsequently, Cr, Cu, Au metal thin films are sequentially deposited to form a ground plane on the back surface of the substrate 2.

이와 같이 기판(2) 뒷면에 접지평면을 형성하기 위해 다층으로 Cr 박막(4), Cu 박막(5), Au 박막(6)을 증착하는 이유는 다음과 같다.The reason for depositing the Cr thin film 4, the Cu thin film 5, and the Au thin film 6 in multiple layers to form a ground plane on the back surface of the substrate 2 is as follows.

고주파특성이 우수하며 금(Au)으로 도금된 고주파 하우징(도시되지 않음)의 바닥과 우수한 정합(整合)을 얻기 위해 접지평면은 역시 동일한 Au로 형성되는 것이 바람직하나, 고가의 Au를 절약하고 저온 마이크로파 측정시 열분산이 양호하도록 하기 위하여 Cu 박막을 소정의 두께로 증착한다.The ground plane is also preferably formed of the same Au in order to obtain a good match with the bottom of the high frequency housing (not shown) plated with gold (Au), but it saves expensive Au and lowers the temperature. A Cu thin film is deposited to a predetermined thickness in order to have good heat dissipation during microwave measurement.

상기의 Cr 박막(4)은 LaAlO3 기판(2)과 Cu 박막(5)과의 접착을 좋게 하고 기판(2) 뒷면의 평활도를 높이기 위해 증착하며 약 10mm 정도의 두께로 형성한다.The Cr thin film 4 is deposited to improve adhesion between the LaAlO3 substrate 2 and the Cu thin film 5 and to increase the smoothness of the back surface of the substrate 2 and is formed to a thickness of about 10 mm.

상기 Cr 박막(4)의 증착이 완료되면 Cu 박막(5)과 Au 박막(6)을 순차로 각각 1μm, 200nm 정도의 두께로 형성한다.When the deposition of the Cr thin film 4 is completed, the Cu thin film 5 and the Au thin film 6 are sequentially formed to a thickness of about 1 μm and about 200 nm, respectively.

이상과 같이하여 접지평면이 완성되면 정밀한 마이크로파 특성 측정이 가능하도록 K-컨넥터 핀과 마이크로 스트립선(1)의 우수한 접촉 및 정합을 위해 3-성분 고주파 하우징(도시되지 않음)을 설계ㆍ제작하였고, K-컨넥터는 고주파 하우징의 중간 성분(몸체)에 특수하게 정밀가공하여 삽입시켰다.As described above, a three-component high frequency housing (not shown) is designed and manufactured for excellent contact and matching between the K-connector pin and the microstrip wire 1 to enable accurate microwave characteristic measurement when the ground plane is completed. K-connectors are specially precision-inserted into the intermediate components of the high-frequency housing.

이상에서 설명된 공정들이 순차적으로 수행되면 회로패턴의 예리도가 뛰어난 평면형 고온초전도 마이크로파(5GHz) 5극-저역통과 필터가 완성된다.When the processes described above are sequentially performed, a planar high temperature superconducting microwave (5 GHz) 5-pole-low pass filter having excellent sharpness of a circuit pattern is completed.

한편, 제3도는 본 발명에 따른 평면형 고온초전도 5극 저역통과 필터의 다른 실시예 회로패턴을 나타낸 것으로, (A)는 고온초전도 박막제조용 MgO 단결정기판의 두께가 0.5mm인 경우의 회로패턴이고, (B)는 고온초전도 박막제조용 MgO 단결정기판의 두께가 1.0mm인 경우의 회로패턴을 보인 것으로, MgO 기판을 사용함에 따라 회로패턴만 달라지는 것으로 제조공정은 LaAlO3 기판을 사용한 제조공정과 같다. 이때, MgO 기판은 유전 상수가 9.8정도이므로, 이에 맞게 회로패턴을 설계한 것으로, 기판의 두께에 따라 마이크로 스트립선의 선폭과 오픈-스터브선의 선폭 및 그 위치들이 결정된다.On the other hand, Figure 3 shows a circuit pattern of another embodiment of a planar high temperature superconducting 5-pole low pass filter according to the present invention, (A) is a circuit pattern when the thickness of the MgO single crystal substrate for manufacturing a high temperature superconducting thin film is 0.5mm, (B) shows a circuit pattern when the MgO single crystal substrate for manufacturing a high temperature superconducting thin film has a thickness of 1.0 mm. Only a circuit pattern is changed by using an MgO substrate. The manufacturing process is the same as that of a LaAlO3 substrate. In this case, since the MgO substrate has a dielectric constant of about 9.8, the circuit pattern is designed accordingly. The line width of the microstrip line and the line width of the open-stub line and their positions are determined according to the thickness of the substrate.

이상과 같이, 본 발명에서는 반도체소자 제조공정과 고온초전 에피택셜 박막을 이용하여 마이크로파 수동소자 및 능동소자를 제조할 수 있음을 보여주므로써, 이를 바탕으로 새로운 기능의 초전도소자 제조공정이 개발될 수 있을 것이며, 이러한 제조공정과 관련된 장비(예를들면, 건식식각장비) 및 소재산업(예를들면, 식각용가스, 기판재료 등)의 발전 및 확장 기대된다.As described above, the present invention shows that it is possible to manufacture a microwave passive device and an active device using a semiconductor device manufacturing process and a high temperature pyroelectric epitaxial thin film, and thus a new function superconducting device manufacturing process can be developed. It is expected that the development and expansion of equipment (eg, dry etching equipment) and material industries (eg, etching gases, substrate materials, etc.) associated with such manufacturing processes will be expected.

본 발명에 따라 제작된 고온초전도 마이크로파 저역통과 필터는 양질의 에피택셜 박막으로 제작하기 때문에 신호 대(對) 잡음 비(比) 뿐만아니라 크기, 무게 및 성능면에서 기존의 통신시스템용 고주파부품보다 훨씬 소형이고 고성능을 발휘하므로 정보통신산업의 발달을 가속시킬 것으로 기대된다.The high-temperature superconducting microwave lowpass filter manufactured in accordance with the present invention is manufactured from a high quality epitaxial thin film, so that the signal, noise ratio, size, weight, and performance are much higher than those of conventional high-frequency components for communication systems. Its small size and high performance are expected to accelerate the development of the information and communication industry.

그리고, 고온초전도체가 갖는 반도체, 금속 및 절연체와의 우수한 접합특성 등을 고려하면, 차세대를 겨냥한 고성능 고온초전도 하이브리드 MMIC(예를들면, 혼합기, 발진기 등)의 개발에도 커다란 효과를 줄 수 있다.In addition, considering the excellent bonding characteristics with semiconductors, metals and insulators of the high temperature superconductor, it can have a great effect on the development of a high performance high temperature superconducting hybrid MMIC (eg, a mixer, an oscillator, etc.) for the next generation.

Claims

고온초전도 전자소자의 제조방법에 있어서, LaAlO3 기판(2) 위에 펄스레이저 증착(PLD)법으로 고온초전도 물질인 YBa2Cu3O7-δ을 증착하여 고온초전도 박막(1)을 제조하는 공정과, 기판의 종류와 기판의 두께에 의거하여 입출력단을 연결하는 마이크로스트립선 및 그 마이크로스트립선과 수직으로 위치되는 오픈-스터브선의 선폭과 그 위치를 결정하여 설계된 저역통과필터의 회로패턴을 전자선-마스크를 사용한 포토리소그래픽 공정에 의해 상기 고온초전도 박막(1) 위에 옮기기 위해 상기 고온초전도 박막(1) 위에 포토레지스트를 도포하고 상기 마스크를 정렬한 후 자회선에 노출시키고 상기 포토레지스트를 현상한 후 약 3분정도 하드베이킹을 수행하는 공정과, ECR 식각장비에 의해 약 30분동안 상기 고온초전도 박막(1)과 상기 포토레지스트를 밀링하여 대략적인 회로의 패턴을 형상화 하는 공정과, 시료를 EDTA 용액과 아세톤 속에 순차적으로 집어넣어 상기 회로패턴의 예리도를 높임과 동시에 남아 있는 상기 포토레지스트를 왼전히 제거한 후, 시료표면의 유기물이나 기타의 불순물까지를 완전히 제거하기 위해 시료를 세정하는 공정과, 상기 고온초전도 박막(1)의 증착시 상기 기판(2)을 잘 고정하기 위해 사용한 기판 뒷면의 은 페이스트를 제거하고 접지평면을 형성하기 위해 상기 기판(2)의 뒷면을 폴리싱하는 공정과, 상기 기판(2)의 폴리싱된 뒷면 위에 상기 접지평면을 형성한 공정과, K-컨넥터 핀과 마이크로스트립 입출력단과의 우수한 접촉 및 정합을 위해 상기 3-성분 고주파 하우징(jig)을 사용하여 마이크로파 특성을 측정하는 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온초전도 마이크로파 5극-저역통과 필터의 제조방법.In the method of manufacturing a high temperature superconducting electronic device, a process of manufacturing a high temperature superconducting thin film (1) by depositing YBa2Cu3O7-δ, which is a high temperature superconducting material, on a LaAlO3 substrate (2) by a pulsed laser deposition (PLD) method, the type of substrate and Based on the thickness of the substrate, the circuit pattern of the low pass filter designed by determining the line width and the position of the microstrip line connecting the input / output terminals and the open-stub line perpendicular to the microstrip line and the position thereof is photolithographic using an electron beam mask. Applying a photoresist on the high temperature superconducting thin film (1) to move it on the high temperature superconducting thin film (1) by the process, after aligning the mask and exposed to a magnetic line and hard baking for about 3 minutes after developing the photoresist And milling the high temperature superconducting thin film 1 and the photoresist for about 30 minutes by an ECR etching apparatus. The process of shaping a typical circuit pattern, and the sample is sequentially put into EDTA solution and acetone to increase the sharpness of the circuit pattern and to completely remove the remaining photoresist, and then to remove organic substances or other impurities on the surface of the sample. A process of cleaning the sample to completely remove the substrate, and removing the silver paste on the back side of the substrate used to fix the substrate 2 well during deposition of the high temperature superconducting thin film 1 and forming the ground plane Polishing the back surface of (2), forming the ground plane on the polished back surface of the substrate (2), and the three-component for excellent contact and matching between the K-connector pin and the microstrip input / output terminal. A high temperature superconducting microwave 5-pole-low pass, comprising a method of measuring microwave characteristics using a high frequency housing (jig) The method of the filter.

제1항에 있어서, 상기 접지평면 증착공정은 고주파 특성이 우수하고 상기 고주파 하우징의 바닥과의 우수한 정합을 얻기 위한 Au 박막을 증착하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온초전도 마이크로파 저역통과 필터의 제조방법.The method of claim 1, wherein the ground plane deposition process is a high temperature superconducting microwave low-pass filter manufacturing method characterized in that it comprises a step of depositing a thin Au film to obtain a high frequency characteristics and excellent matching with the bottom of the high-frequency housing Way.

제2항에 있어서, 상기 접지평면 증착공정은 저온고주파 측정시의 열분산이 잘 이루어지도록 하기 위해 상기 Au 박막을 증착하기에 앞서 Cu 박막을 소정의 두께로 증착하는 공정을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 고온초전도 마이크로파 저역통과 필터의 제조방법.3. The method of claim 2, wherein the ground plane deposition process further includes the step of depositing a Cu thin film to a predetermined thickness prior to depositing the Au thin film in order to achieve good heat dissipation at low temperature and high frequency measurement. A method for producing a high temperature superconducting microwave low pass filter.

제3항에 있어서, 상기 접지평면 증착공정은 상기 LaAlO3 기판(2)과 상기 Cu 박막의 접촉을 좋게하고 상기 기판(2) 뒷면의 평활도를 높이기 위해 상기 Cu 박막을 증착하기에 앞서 Cr 박막을 소정의 두께로 증착하는 공정을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 고온초전도 마이크로파 5극-저역통과 필터의 제조방법.The method of claim 3, wherein the ground plane deposition process requires a thin Cr film prior to depositing the Cu thin film to improve the contact between the LaAlO 3 substrate 2 and the Cu thin film and to increase the smoothness of the back side of the substrate 2. A method of manufacturing a high temperature superconducting microwave five-pole low-pass filter, characterized in that it further comprises the step of depositing at a thickness of.

제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판(2)이 MgO기판인 것을 특징으로 하는 고온초전도 마이크로파 5극-저역통과 필터의 제조방법.The method of manufacturing a high temperature superconducting microwave five-pole low-pass filter according to any one of claims 1 to 4, wherein the substrate (2) is an MgO substrate.