DE69015721T2

DE69015721T2 - Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Schaltung.

Info

Publication number: DE69015721T2
Application number: DE69015721T
Authority: DE
Inventors: Nakahiro Harada; Koki Sato; Shoji Shiga; Kiyoshi Yamamoto
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1989-07-24
Filing date: 1990-07-24
Publication date: 1995-06-01
Anticipated expiration: 2010-07-25
Also published as: KR910003751A; EP0410373A3; DE69015721D1; JPH0354875A; EP0410373A2; EP0410373B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Schaltung zur Verwendung beispielsweise in einem elektronischen Schaltelement oder einem dafür bestimmten Substrat. Ein solches Verfahren ist in der Druckschrift EP-A-0 276 746 offenbart.
Anstelle eines metallischen Halbleiters, der bei der sehr tiefen Temperatur des flüssigen Heliums eine supraleitende Wirkung erzeugt, hat neuerdings ein keramischer Supraleiter große Beachtung erlangt und ist in jüngster Zeit lebhaft entwickelt worden. Es handelt sich um einen keramischen Halbleiter, der eine supraleitende Wirkung bei einer Temperatur erzeugt, die die Temperatur des flüssigen Stickstoffs überschreitet; also ein keramischer Halbleiter, dessen kritische Temperatur Tc oberhalb der Temperatur des flüssigen Stickstoffs liegt. Seit kurzem richtet sich das Interesse insbesondere auf: einen Supraleiter der Zusammensetzung Y-Ba-Cu-O, wie etwa die Verbindung YBa&sub2;Cu&sub3;O&sub7;-d (d = 0 bis 0,5) (Tc = 90 bis 95 K) einschließlich eines Halbleiters, der durch Ersetzen von Y durch Elemente der seltenen Erden erhalten wird; einen Supraleiter auf der Basis Bi-Sr-Ca-Cu-O, wie etwa die Verbindungen Bi&sub2;Sr&sub2;CaCu&sub2;O&sub8; und Bi&sub2;Sr&sub2;Ca&sub2;Cu&sub3;O&sub1;&sub0; (Tc = 80 bis 110 K); und einen Supraleiter auf der Basis Tl-Ba-Ca-Cu-O, wie etwa die Verbindungen Tl&sub2;Ba&sub2;CaCu&sub2;O&sub6;, Tl&sub2;Ba&sub2;Ca&sub2;Cu&sub3;O&sub1;&sub0; und TlBa&sub2;Ca&sub2;Cu&sub3;O8.5 (Tc = 90 bis 125 K) ; sowie auf einen Supraleiter, der durch partielles Ersetzen von Bi, Tl der vorher erwähnten beiden Supraleiter durch Pb, Sb, In erhalten wird.
Da der keramische Halbleiter ein ausgezeichnetes elektrisches Verhalten bei der die Temperatur des flüssigen Stickstoffs überschreitenden kritischen Temperatur zeigt, ist er beispielsweise als elektronisches Element, elektrisches Kabel, Magnetspule, elektrischer Leiter und magnetische Abschirmung brauchbar.
Ein Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Schaltung besteht in der Bildung eines Musters, wie beim Verfahren zur Herstellung der Leiter einer herkömmlichen Leiterplatte unter Verwendung eines lichtempfindlichen Photolackharzes, und in der Durchführung eines Ätzschrittes (eines Trocken- oder Nassätzschrittes), bei der das Muster als Ätzmaske dient.
Dieses Verfahren hat jedoch insofern einen Nachteil, als ein Überätzen und/oder Seitenätzen während des Ätzschrittes nachteilige Wirkungen auf die leitenden Eigenschaften des Werkstückes hat und Dimensionsfehler im erhaltenen Schaltungsabschnitt bewirken kann. Da im Ätzschritt weiter schaltungsfreie Abschnitte durch Beseitigen von Material erzeugt werden, wird am Übergang jedes Schaltungsabschnittes zum schaltungsfreiem Abschnitt eine Unebenheit (eine Stufe) gebildet, die die Flachheit des Substrates ungünstig beeinflußt und somit beim Anbringen von beispielsweise weiteren Elementen in und auf der Substratoberfläche ein Problem darstellt. Es ist daher erforderlich, über den schaltungsfreien Abschnitten eine Isolierschicht vorzusehen, um die unebenen Oberflächen der Schaltungsabschnitte und der schaltungsfreien Abschnitte zu vermindern.
Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Schaltung zu schaffen, das eine ausgezeichnete Flachheit gewährleistet, bei der das Bilden einer Mehrschichtstruktur sowie das schnelle Bilden eines gewünschten feinen Musters kein spezifisches Ätzproblem, wie etwa ein Seitenätzen, darstellt; und das bei einem keramischen Supraleiter angewandt werden kann, der sehr gut zur Verwendung in elektronischen Vorrichtungen, etc. geeignet ist und der leicht einer Abkühlung auf eine kritische Temperatur unterzogen wird, die die Temperatur des flüssigen Stickstoffs überschreitet.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Schaltung mit den charakteristischen Merkmalen des beigefügten Anspruches 1 geschaffen.
Eine supraleitende Mehrschichtschaltung wird auf der Oberfläche einer resultierenden Struktur durch sequentielles Wiederholen der Schritte der Bildung einer supraleitenden Schicht, durch epitaktisches Aufwachsen, als zweite Schicht auf einer partiell modifizierten supraleitenden Schicht, welche als erste Schicht ausgebildet ist; der Bildung eines Maskenmusters auf der zweiten supraleitenden Schicht; der Bedeckung der maskierten supraleitenden Schicht mit einer Deckschicht, die ein modifizierendes Element für den Supraleiter enthält; und der Diffusion des modifizierenden Elements für den Supraleiter, der in der Deckschicht enthalten ist, in die entsprechende supraleitende Schicht erzeugt, um eine entsprechende Stelle in eine nicht supraleitende Schicht zu modifizieren.
Die Erfindung kann anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit dem beigefügten Zeichnung besser verstanden werden.
Figur 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Mehrschichtschaltung zeigt, welche durch das Verfahren zur Bildung einer supraleitenden Schaltung der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
Figuren 2A, 2B, 2C und 2D sind Querschnittsansichten, die aufeinanderfolgende Schritte zur Bildung einer supraleitenden Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen; und
Figuren 3 und 4 sind Querschnittsansichten, die andere Mehrschichtschaltungen zeigen, welche durch das Verfahren zur Bildung einer supraleitenden Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden.
Bei der vorliegenden Erfindung kann der Supraleiter zur Verwendung als supraleitende Schicht ein keramischer Supraleiter, wie etwa ein auf der Zusammensetzung Y-Ba-Cu-O, Bi-Sr-Ca-Cu-O und Tl-Ba-Ca-Cu-O basierender Supraleiter, sein.
Auf der supraleitenden Schicht wird durch ein herkömmliches Verfahren, wie etwa die Photolithographie, ein Maskenmuster gebildet.
Im allgemeinen kann ein übliches Verfahren zur Bildung eines Dünnfilms, wie etwa das Sputtern, die Dampfabscheidung und das Ionenplattieren angewandt werden, um eine Deckschicht zu bilden, die ein den Supraleiter modifizierendes Element enthält. Die Dicke der Deckschicht kann so eingestellt werden, daß die supraleitende Schicht modifiziert wird, um ein Variieren ihrer physikalischen Eigenschaft, wie etwa der Tc, zu ermöglichen. Bei dem oben beschriebenen keramischen Supraleiter kann die Wahl eines jeden besonderen Elementes die physikalische Eigenschaft des Supraleiters eines Dünnfilms stark ändern.
Ein geeignetes modifizierndes Element, das in der Deckschicht enthalten sein sollte, ist eines, das durch eine vorbestimmte Behandlung in den Supraleiter diffundiert werden kann, um eine Modifikation des Supraleiters solcherart zu ermöglichen, daß die kritische Temperatur Tc des Supraleiters geändert wird. Bei Verwendung von YBa&sub2;Cu&sub3;O&sub7; beispielsweise können viele Elemente verwendet werden, wobei jedoch jene besonders wirksam sind, die Cu in der Kristallstruktur ersetzen, wie etwa Zn, Al, Ga, Fe, Co, Ni, La, Cd und Be. Dies beruht darauf, daß bei einem Hochtemperatur-Supraleiter, der Kupferoxid enthält, das Kupfer, wie etwa eine Cu-O&sub2;-Ebene, direkt mit dem Supraleiter in Beziehung steht. YBa&sub2;Cu&sub3;O&sub7; ist orthorhombisch, doch erniedrigt Zn, Ni, etc. der vorerwähnten modifizierenden Elemente die Temperatur Tc, etc. bei gleichzeitiger Stützung der orthorhombischen Struktur. Sie werden in eine Form transformiert, die gelegentlich als tetragonales System klassifiziert wird, bei dem nur die Gitterkonstante etwa verschieden ist. Weiter werden Fe und Co, wenn sie dem Supraleiter in einer geringen Menge zugesetzt werden, in eine tetragonales System transformiert, bei dem Tc allmählich abnimmt.
Die Menge des modifizierenden Elementes fällt, wenngleich sie von den angewandten Bedingungen abhängt, annähernd in einen Bereich von 1 bis 40%, basierend auf der Menge des Supraleiters, und kann experimentell ermittelt werden. Obwohl die Bedingungen, unter denen ein epitaktisches Wachsen durchgeführt wird, nicht gleichbleibend bestimmt werden können, da sie sowohl von der Auftragungsbedingung, als auch vom Verfahren und den angewandten Materialien abhängen, beruht die vorliegende Erfindung auf der Forderung, daß der Supraleiter eine identische oder nahezu identische Kristallstruktur besitzt, wie etwa eine tetragonale und eine orthorhombische Struktur.
Ein geeignetes Verfahren zum Diffundieren eines modifizierten Elementes für den Supraleiter, das in der Deckschicht enthalten ist, in die supraleitende Schicht, ist so beschaffen, daß dies leicht und schnell erreicht wird. Ein Verfahren dieser Art ist die thermische Diffusionsbehandlung, bei der die Erwärmungstemperatur vorzugsweise zwischen 200º bis 1000ºC liegt.
Die auf der resultierenden Struktur durchzuführenden Schritte der Bildung einer supraleitenden Schicht als zweite Schicht auf einer teilweise modifizierten supraleitenden Schicht, bestehend aus dem Herstellen eines Maskenmusters, dem Herstellen einer Deckschicht, die das modifizierende Element für den Supraleiter enthält, und dem Diffundieren des modifizierten Elementes aus der Deckschicht in die supraleitende Schicht (zweite Schicht), werden wie bei der Bildung der ersten Schicht ausgeführt, um eine zweischichtige oder mehrschichtige supraleitende Schaltung zu schaffen. Um das in der Deckschicht enthaltene modifizierende Element, das in eine supraleitende Schicht eindiffundiert wird, daran zu hindern, in eine andere supraleitende Schicht diffundiert zu werden, kann eine Pufferschicht zwischen der darunterliegenden supraleitenden Schicht und der darüberliegenden supraleitenden Schicht gebildet werden. Die Pufferschicht erfüllt diesen Zweck, wenn sie eine kristalline Struktur besitzt, die besser zum Supraleiter paßt. Sie kann aus Materialien wie etwa MgO, SrTiO&sub3;, AlGaO&sub3;, ZnO&sub2;, BaZrO&sub3; und LaAlO&sub2; gewählt werden. Der leitende Zustand kann zwischen den entsprechenden Schichten, wie in Figur 1 dargestellt, leicht durch Anordnen einer Pufferschicht 13 nur auf dem schaltungsfreien Abschnitt 12 des Schaltungsabschnittes 11 und des schaltungsfreien Abschnittes 12, die beide auf dem Substrat 10 gebildet sind, und durch überlappendes Anordnen des auf der zweiten Schicht befindlichen Schaltungsabschnittes 14 auf dem Schaltungsabschnitt 11 der ersten Schicht erreicht werden.
Das Verfahren zur Herstellung einer halbleitenden Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung auf einer resultierenden Struktur umfaßt das Bilden eines Maskenmusters auf einer supraleitenden Schicht; das Bilden einer Deckschicht, die ein modifizierendes Element für den Supraleiter enthält; und das Diffundieren des modifizierenden Elementes in die Deckschicht durch ein Erwärmungsverfahren, um den Supraleiter an einer entsprechenden Stelle selektiv zu modifizieren. Als Ergebnis fällt die kritische Temperatur Tc des schaltungsfreien Abschnittes auf der supraleitenden Schicht unter 77 K, der TemPeratur des flüssigen Stickstoffs, bei der eine supraleitende Wirkung auftritt, so daß der elektrische Widerstand des schaltungsfreien Abschnittes erhöht wird. Wenn dies eintritt, wird bei der kritischen Temperatur Tc des Supraleiters nur der Schaltungsabschnitt leitend, wodurch ein supraleitender Stromkreis geschaffen wird.
Es ist somit gemäß der vorliegenden Erfindung leicht möglich, eine supraleitende, mehrschichtige Schaltungsstruktur herzustellen, deren Schaltungsoberfläche flach ist, weil ein sonst erforderlicher Äztschritt vermieden wird. In diesem Falle nimmt der schaltungsfreie Abschnitt mit seinen darin diffundierten spezifischen Elementen eine Kristallstruktur an, die nahezu derjenigen eines Halbleiters gleicht, so daß die nachfolgende Schicht als eine epitaktisch orientierte Schicht hergestellt werden kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Mehrschichtstruktur zu schaffen, bei der beispielsweise eine c-Achse eines konkreten Kristalls senkrecht zum Substrat orientiert ist. Ein so erhaltener Supraleiter zeigt eine anisotrope Kristallstruktur, etwa eine zweidimensionale Struktur, und weist eine bessere Supraleitfähigkeit auf.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Beispiel 1

Mit einem auf einem Magnetron-Sputtergerät montierten Substrat aus MgO mit Seitenindex (100) wurde die Substanz YBa2.1Cu2.2Ox auf ein Substrat gesputtet, das auf 650ºC erwärmt war, unter Verwendung eines Targets des keramischen Supraleiters YBa2.1Cu2.2Ox (x = 7,1). Auf diese Weise wurde auf dem Substrat eine 0,3 um dicke supraleitende Schicht gebildet. Das Sputtern erfolgte mit einer elektrischen Leistung von 250 W und einem Gasatmosphärendruck von 0,133 mbar (100 mTorr) (Ar + 50% O&sub2;), und zwar mit c- Achsenorientierung.
Figur 2A ist eine Querschnittsansicht, die ein Substrat mit einer darauf hergestellten supraleitenden Schicht zeigt.
In Figur 2A bezeichnen 20 und 21 jeweils entsprechend ein Substrat und eine supraleitende Schicht. Das Substrat mit dem darauf hergestellten Supraleiter wurde während 30 Minuten auf 900ºC erwärmt und anschließend in Stufen von 2º/min. geglüht.
Das Auftragen eines lichtempfindlichen Photoresistharzes als Photolack auf die supraleitende Schicht 21, und die Belichtung der sich ergebenden Struktur wurden mit einem Üblichen Verfahren durchgeführt, um ein 4 um breites x 100 um langes Maskenmuster 22 zu bilden, versehen mit einem quadratischen Kontaktfleck von 100 um Seitenlänge an entgegengesetzten Enden (Figur 2B).
Das Sputtern wurde über der gesamten Oberfläche der sich ergebenden Struktur durchgeführt, und zwar in der gleichen Weise wie oben beschrieben, um eine Zn-Schicht bis auf eine Dicke von 0,04 um zu bilden. Figur 2B ist eine Querschnittsansicht, die ein Substrat mit einer darauf hergestellten Deckschicht zeigt. In Figur 2B bezeichnet 23a eine Zn-Schicht entsprechend einem Bereich zur Bildung eines Schaltungsabschnittes, während 23b eine Zn-Schicht entsprechend einem Bereich bezeichnet, auf dem kein Schaltungsabschnitt hergestellt wird, wobei zu bemerken ist, daß diese Zn-Schichten voneinander so getrennt sind, daß eine gestufte Oberfläche auf dem Substrat geschaffen wird. Das Maskenmuster 22 und die darüberliegende Zn-Schicht 23a wurden vom Substrat 20 abgehoben. Danach wurde die resultierende Substratstruktur während zwei Stunden bei 450ºC in einem Ar-Gasstrom, und anschließend während vier Stunden bei 500ºC in einem O&sub2;-Strom erwärmt, durch welchen die vorhergehende Gasatmosphäre ersetzt wurde. Auf diese Weise wurde das in der Zn-Schicht 23b enthaltene Zn in die supraleitende Schicht 21 diffundiert, um eine supraleitende Schaltung herzustellen. Figur 2C ist eine Querschnittsansicht die eine Substratstruktur zeigt, bei der die Zn-Schicht durch einen Abhebeschritt entfernt worden ist, während Figur 20 eine Querschnittsansicht ist, die eine Substratstruktur zeigt, bei der die oben erwähnte thermische Diffusion durchgeführt wurde. In Figur 2D bezeichnet 24 einen Schaltungabschnitt, während 25 schaltungsfreie Abschnitte bezeichnet
Der Schaltungsabschnitt der so erzeugten supraleitenden Schaltung besaß eine kritische Temperatur Tc = 85 K und eine Wert Jc (Stromdichte) = 1,3 x 10&sup6; A/cm² bei 77 K. Der schaltungsfreie Abschnitt zeigte eine Temperatur Tc = 30 K im EIN-Zustand, während der AUS-Zustand von Tc, der den elektrischen Widerstand null zeigt, nur bis auf 4,2 K geschätzt wurde. Der Schaltungsabschnitt und der schaltungsfreie Abschnitt ließen nach einer analytischen Untersuchung mittels Röntgendiffraktometer jeweils ein in c- Achsenrichtung orientiertes orthorhombisches System erkennen, das eine Gitterkonstante in c-Achsenrichtung von 1,167 bzw. 1.174 nm (11,67 Å bzw. 11,74 Å) besaß.

Beispiel 2

Eine aus YBa2.1Cu2.2Ox bestehende supraleitende Schaltung wurde in gleicher Weise wie im Falle des Beispiels 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß anstelle der 0,04 um dicken Zn-Schicht eine 0,03 um Dicke Al-Schicht verwendet wurde.
Der Schaltungsabschnitt der so erhaltenen supraleitenden Schaltung zeigte folgende Werte: Tc = 85 K und Jc = 1,2 x 10&sup6; A/cm² bei 77 K. Die schaltungsfreien Abschnitte der supraleitenden Schaltungsabschnitte der supraleitenden Schaltung wurden analytisch mit Hilfe eines Röntgenstrahl-Beugungsverfahrens untersucht und zeigten ein in c-Achsenrichtung orientiertes orthorhombisches System, das jeweils eine Gitterkonstante in c-Achsenrichtung von 1,168 bzw. 1,171 Nm (11,68 Å bzw. 11,71 Å) besaß.

Beispiel 3

Eine supraleitende Schaltung Yba2.1Cu2.2Ox (erste Schicht) wurde mit dem gleichen Verfahren wie im Falle des Beispiels 1 hergestellt.
Über der gesamten Oberfläche der erwähnten Supraleiterschaltung (erste Schicht) wurde eine 0,05 um Dicke SrTiO&sub3;-Schicht als Puf ferschicht angebracht. Über der Pufferschicht wurde mit dem gleichen Verfahren wie im Falle des Beispiels 1 eine 0,3 um dicke, supraleitende Schaltung aus YBa2.1Cu2.2Ox gebildet. Figur 3 ist eine Querschnittsansicht, die das Substrat nach der Bildung der zweiten Schicht (Supraleiterschicht) zeigt, wobei zu bemerken ist, daß 26 eine Pufferschicht, 27 den Schaltungsabschnitt der zweiten Schicht, und 28 einen schaltungsfreien Abschnitt der zweiten Schicht bezeichnen.
Der Schaltungsabschnitt der supraleitenden Schaltung zeigte folgende Werte: Tc = 84K und Ic = 1,05 X 10&sup6;A/cm² bei 77 K. Der Schaltungsabschnitt und der schaltungsfreie Abschnitt wurden analytisch der Röntgenstrahlbeugung unterzogen und zeigten ein in c-Achsenrichtung orientiertes orthorombisches System, jeweils mit ihrer Gitterkonstante in c-Achsenrichtung von 1,166 bzw. 1,173 nm (11,66 Å bzw. 11,73 Å).

Beispiel 4

Eine zweilagige supraleitende Schaltung wurde mit dem gleichen Verfahren mit demjenigen des Beispiels 3 hergestellt, ausgenommen die Bildung einer Pufferschicht.
Der so erhaltene Schaltungsabschnitt der supraleitenden Schaltung besaß einen Wert Tc = 84 K und einen Wert Jc = 0,85 x 10&sup6; A/cm² bei 77 K. Der Schaltungsabschnitt und die schaltungsfreien Abschnitte wurden mit einem Röntgenbeugungsverfahren analysiert und zeigten ein in c-Achsenrichtung orientiertes orthorhombisches System jeweils mit einer Gitterkonstante in c-Achsenrichtung von 1,167 bzw. 1,174 nm (11,67 Å bzw. 11,74 Å)

Beispiel 5

Eine Schaltung (erste Schicht) wurde mit dem gleichen Verfahren wie im Falle des Beispiels 2 hergestellt, und eine zweite Schaltung (zweite Schicht) wurde mit dem gleichen Verfahren wie im Falle des Beispiels 4 hergestellt, wobei die zweite Schicht (supraleitende Schicht) auf eine Dicke von 0,6 um gebracht wurde, und wobei eine modifizierende Al- Auftragungsschicht eine Dicke von 0,03 um besaß. Aus Figur 4 geht hervor, daß die erste und die zweite Schicht 24 und 27 (die erste und die zweite Schaltung) leitend verbunden sind. Der Schaltungsabschnitt und der schaltungsfreie Abschnitt der zweiten Schicht stellten sich bei der Untersuchung durch ein Röntgenbeugungsverfahren als ein in c-Achsenrichtung orientiertes orthorhombisches System heraus, mit einer jeweiligen Gitterkonstante in c-Achsenrichtung von 1,167 bzw. 1,173 nm (11,67 Å bzw. 11,73 Å). Die elektrisch miteinander verbundenen ersten und zweiten Schichten wurden gemessen und zeigten einen Wert von Tc = 59 K und einen Wert von Jc = 1,3 x 10&sup6; A/cm² bei 77 K. Der schaltungsfreie Abschnitt (die zweite Schicht) zeigte einen Wert von tc = 59 K im EIN- Zustand, und einen Wert von Tc = 30 K im AUS-Zustand.

Kontrolle 1

Die Schaltungsabschnitte der ersten und der zweiten Schicht wurden gemäß Beispiel 3 auf eine Dicke von 0,1 um aufgetragen. Als die schaltungsfreien Abschnitte der ersten und der zweiten Schicht durch ein Röntgenbeugungsverfahren untersucht wurden, wurde darin ZnO entdeckt, aber kaum die Bildung einer supraleitenden Schicht. Der Schaltungsabschnitt der zweiten Schicht zeigte sich als ein nicht in c- Achsenrichtung orientierter Abschnitt und blieb bei einem Wert von Tc = 80 K und bei einem Wert von Jc = 1,5 x 10³ A/cm².

Kontrolle 2

Wie im Falle des Beispiels 5 wurde eine Al-Auftragungsschicht auf eine Dicke von 0,1 um gebracht. Die schaltungsfreien Abschnitte der ersten und der zweiten Schicht zeigten keine supraleitende Phase. Ein Schaltungsabschnitt (entsprechend dem Abschnitt 27a in Figur 4), der den schaltungsfreien Abschnitt der ersten Schicht überdeckte, die den Hauptteil des Schaltungsabschnittes der zweiten Schicht einnahm, wurde analytisch durch ein Röntgenbeugungsverfahren untersucht und zeigte keine spezifische Kristallorientierung. Die Schaltungen der ersten und der zweiten Schicht blieben gemäß den Messungen bei Tc = 80 K und Jc = 0,9 x 10³ A/cm² bei 77 K.
Wie oben beschrieben bewirkt das vorliegende Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Schaltung eine bessere Einebnung und eine rasche Herstellung eines gewünschten, sehr feinen Musters, ohne daß irgendwelche spezifischen Ätzprobleme, wie etwa ein Seitenätzen, verursacht werden. Das vorliegende Verfahren schafft eine Mehrschichtstruktur zum Aufbauen eines Gerätes mit Supraleiteranwendung in Form einer hochentwickelten Einheit.
Die Bezugszeichen in den Ansprüchen dienen zum besseren Verständnis und sollen deren Umfang nicht begrenzen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Mehrschichtschaltung mit mehreren supraleitenden Schichten, das folgende Schritte aufweist:

(1) epitaktisches Aufwachsen einer keramischen, supraleitenden Schicht (21) auf einem Substrat (20);

(2) Bilden eines Maskenmusters (22) auf einem Schaltungsabschnitt der keramischen, supraleitenden Schicht (21);

(3) Bedecken der Oberfläche der keramischen, supraleitenden Schicht (2l) einschließlich des Schaltungsabschnittes mit dem darauf gebildeten Maskenmuster (22) und eines schaltungsfreien Abschnittes, der nicht das genannte Maskenmuster (22) auf sich gebildet trägt, mit einer Deckschicht (23a,23b), die ein modifizierendes Element zur Verringerung der kritischen Temperatur der keramischen, supraleitenden Schicht (21) aufweist; (4) Entfernen des genannten Maskenmusters (22), zusammen mit der darauf gebildeten genannten Deckschicht (23a), vom Scha1tungsabschnitt der keramischen, supraleitenden Schicht (21), um eine teilweise bedeckte keramische, supraleitende Schicht (21) zu bilden, die nach wie vor mit der Deckschicht (23b) im genannten schaltungsfreien Abschnitt überzogen ist;

(5) Erwärmen der teilweise bedeckten keramischen, supraleitenden Schicht (21), derart, daß das modifizierende Element von der Deckschicht (23b) in den schaltungsfreien Abschnitt der keramischen, supraleitenden Schicht (21) thermisch diffundiert wird, wodurch eine Schicht einer supraleitenden Schaltungsstruktur gebildet wird, die einen supraleitenden Schaltungsabschnitt und einen nicht supraleitenden schaltungsfreien Abschnitt umfaßt, wobei der genannte Schaltungsabschnitt eine kritische Temperatur von mehr als 77 K aufweist, während der schaltungsfreie Abschnitt eine kritische Temperatur unter 77 K sowie eine Kristallstruktur aufweist, die die gleiche oder eine ähnliche Struktur wie die des Schaltungsabschnittes ist; und

(6) mindestens einmaliges Wiederholen der Schritte (1) bis (5) auf der Schicht der supraleitenden Schaltungsstruktur, um so die supraleitende Mehrschichtschaltung herzustellen, die die genannten mehrfachen supraleitenden Schichten aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das modifizierende Element in einer Menge eindiffundiert wird die es dem Supraleiter nach der Diffusion ermöglicht, dieselbe oder eine ähnliche Kristallstruktur aufzuweisen wie die des Supraleiters vor der Diffusion.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der keramische Supraleiter ein Supraleiter auf der Basis Y-Ba-Cu-O, ein Supraleiter auf der Basis Bi-Sr-Ca-Cu-O oder ein Supraleiter auf der Basis Tl-Ba-Ca-Cu-O ist.

4. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Maskenmuster (22) durch ein photolithographisches Verfahren gebildet wird.

5. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Deckschicht (23a,23b), welche das modifizierende Element enthält, durch Sputtern, Dampfabscheidungen oder Ionenplattieren gebildet wird.

6. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem das modifizierende Element mindestens eines der nachfolgenden Elemente Zn,Al,Ga,Fe,Co,Ni,La,Cd und Be ist.

7. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Erwärmungsschritt bei einer Temperatur von 200ºC bis 1000ºC durchgeführt wird.

8. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem eine Puf ferschicht (26) zwischen den supraleitenden Schichten der supraleitenden Mehrschichtschaltung angebracht ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Pufferschicht (26) mindestens eine der Verbindungen MgO, SrTiO&sub3;, AlGaO&sub3;, ZnO&sub2;, BaZrO&sub3; und LaAlO&sub2; umfaßt.

10. Verfahren gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem die keramische, supraleitende Schicht (21) eine supraleitende Schicht aus Y-Ba-Cu-O umfaßt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die keramische, supraleitende Schicht (21) die Verbindung YBa2.1Cu2.2O7.1 umfaßt.