일반기술

고온 초전도체 소자의 제조방법

고온 초전도체를 미세 소자로 응용하기 위해서는 선천적으로 조셉슨 접합이 형성된 고온 초전도체 단결정을 이용해야 하는데, 기존의 고온 초전도체는 c-결정축을 따라서 층상 결정구조를 갖기 때문에 선천적으로 조셉슨 접합을 포함하고 있으나 c-결정축 방향의 임계 전류 밀도가 약 1000 A/㎠에 달하므로 조셉슨 접합의 특성을 보기 위해서는 단결정에 매우 큰 전류를 인가해주어야 한다. 하지만, 큰 전류를 인가하는 경우 주울(Joule)열 가열효과에 의해서 조셉슨 효과를 정확히 파악할 수 없는 문제가 있다.한편, 기존에는 고온 초전도체 표면의 손상으로 인한 접촉저항 상승이나 불안정성을 보완하기 위해서 금속막을 증착하거나 은풀(silver paste)을 말린 뒤 열처리하여 고온 초전도체에 전극을 부착했었다. 하지만, 이러한 전극 접합기법에서는 고온 초전도체의 성질이 변형되는 문제점과 전극의 접촉면적을 정확히 조절할 수 없는 문제점이 있다.따라서, 임계 전류를 감소시키고 접촉 면적의 조절이 가능한 전극 접착 기법이 요구된다.이에 본 기술은 고온 초전도체 단결정을 이루는 조셉슨 접합을 미세 돌기구조로 형성하고, 그에 적합한 전극을 접합하여 임계전류를 감소시키고 접촉 면적의 조절이 가능한 고온 초전도체를 제조하였다.본 기술에 따르면 부도체 기판의 상부에 접착층을 이용해서 비스무스계 또는 탈리움계열의 고온 초전도체 단결정을 부착한 후 고온 초전도체 단결정의 상부에 표면 보호막을 형성하되 고온 초전도체 소자와 반응성이 낮은 금속으로 적층하고, 표면 보호막의 전체 두께 및 고온 초전도체 단결정의 일부 두께를 패터닝하여 미세 돌기구조로 형성하되 미세 돌기구조의 측면 및 미세 돌기구조의 형성으로 노출된 고온 초전도체 단결정의 상부에 감광성 재료로 절연막을 형성하고, 절연막 및 미세 돌기구조의 상부에 금속을 적층한 후 적층된 금속을 패터닝하여 미세 돌기구조 각각에 대응되게 분리되는 전극을 형성하되 산화성이 낮은 금속으로 6000∼8000Å의 두께 범위에서 형성하여 임계전류가 감소됨은 물론 전극 접합이 용이하게 되기 때문에 조셉슨 접합의 특성을 용이하게 파악할 수 있고 접촉 면적의 조절을 용이하게 할 수 있다.