Способ изготовления пассивных интегральных схем свч из высокотемпературных сверхпроводников
Использование: в электронной технике. Сущность изобретения: в способе изготовления пассивных интегральных схем СВЧ из высокотемпературных сверхпроводников проводящие полоски изготавливают отдельно из монокристаллических пластин высокотемпературного сверхпроводника толщиной 20-80 мкм ультразвуковой резкой. Затем полоски располагают на подложке в соответствии с заданной топологией интегральной схемы и закрепляют диэлектрической пластиной.
Изобретение относится к электронной технике СВЧ, а именно к способам изготовления интегральных схем СВЧ.
Известен способ изготовления интегральных схем СВЧ [1] включающий в себя следующие основные операции: 1. Нанесение на поверхность диэлектрической подложки металлического слоя методом вакуумного испарения; 2. Нанесение слоя фоторезиста; 3. Экспонирование и проявление фоторезиста через фотошаблон с заданной топологией интегральной схемы; 4. Травление металлического слоя на участках, не защищенных проявленным фоторезистом. Таким способом изготавливают интегральные микросхемы СВЧ, работающие при нормальных температурах. В качестве диэлектрика подложки применяется сапфир, поликор, кварц и т.п. Технология изготовления подложек из этих материалов хорошо отработана, они сравнительно дешевы и имеют высокую степень повторяемости. Тангенс угла потерь в них составляет около 10-4. Металлический слой, как правило, изготавливается трехслойным из хрома, меди и золота. Омические потери в нем при нормальной температуре составляет 8 х 10-3 Ом на частоте 1 ГГц и увеличиваются с ростом частоты. Для снижения омических потерь в гибридно-интегральных схемах СВЧ в последние годы ведутся работы по использованию высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП). Известен способ изготовления интегральных схем СВЧ на диэлектрической подложке с использованием в качестве проводящих полосок высокотемпературных сверхпроводников, взятый нами за прототип. Он включает в себя следующие основные операции [2] 1. Изготовление диэлектрической подложки методом скола из бруска диэлектрика (например МgO); 2. Осаждение лазерным распылением монокристаллической ВТСП-пленки (Y1Ba Cu3 O7-x) на поверхность подложки; 3. Фотолитография по ВТСП-пленке; 4. Ионно-лучевое травление этой пленки до подложки через маску фоторезиста; 5. Снятие фоторезиста в плазме кислорода;6. Напыление металлических контактов. Основным недостатком этого способа изготовления интегральных схем из ВТСП является ограниченность круга материалов для диэлектрической подложки, на которой может быть выполнена высококачественная пленка ВТСП, с критической температурой выше температуры кипения жидкого азота (T
77 К). В настоящее время используются следующие материалы: МgO, ZrO2, SrTiO3, LaAlO3 и другие. Не все их перечисленных материалов пригодны для создания на них пленки ВТСП. Например, титанат стронция обладает большим тангенсом угла потерь и большим 
, что не позволяет использовать этот материал для изготовления высокодобротных элементов интегральных схем СВЧ. На других материалах, используемых в СВЧ электронике, таких как сапфир, арсенид галлия, кремний, получить пленки ВТСП с требуемым свойствами не удается. Другой недостаток прототипа связан с тем, что для изготовления пассивных элементов интегральных схем СВЧ необходимо использовать ВТСП-пленки с низким значением поверхностного сопротивления, например на порядок меньшим, чем у охлажденной до 77 К меди. Для получения такого поверхностного сопротивления необходимо, чтобы толщина ВТСП-пленки в 3-4 раза превышала глубину проникновения магнитного поля в ВТСП-материал, т.е. превышала 0,8-1 мкм. Получение таких толстых ВТСП-пленок представляет собой сложную технологическую проблему. Например, при технологии лазерного напыления ВТСП-пленок требуется применение специального дорогостоящего эксимерного лазера. Процесс лазерного напыления медленный, поэтому пленка толщиной 0,8-1 мкм напыляется в течение 2-4 ч. В то же время с ростом толщины качество ВТСП-пленки ухудшается. Таким образом, изготовление пленок ВТСП с низкими значениями поверхностного сопротивления на СВЧ представляет собой сложную и дорогостоящую технологическую проблему, которая сопряжена с дорогостоящей разработкой специальных материалов для подложек, сложным и длительным процессом формирования пленок ВТСП и элементов интегральных схем СВЧ. Техническим результатом изобретения является снижение потерь в интегральных схемах, упрощение процесса их изготовления, а также расширение применимости. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе изготовления интегральной схемы СВЧ, включающем изготовление на подложке проводящих полосок заданной топологии из высокотемпературного сверхпроводника, проводящие полоски изготавливают отдельно из монокристаллической пластины ВТСП толщиной 20-80 мкм ультразвуковой резкой, которые затем располагают на подложке в соответствии с выбранной топологией интегральной схемы и закрепляют диэлектрической пластиной. Изготовление проводящих полосок вне схемы из отдельно изготовленных пластин дает возможность:изготавливать проводящие полоски интегральных схем СВЧ из ВТСП-материалов с толщиной, намного превышающей глубину проникновения электромагнитного поля в ВТСП-материал, что позволяет существенно снизить омические потери в этих полосках и следовательно повысить основные СВЧ характеристики интегральных схем;
создавать интегральные схемы СВЧ с проводящими полосками из ВТСП на различных материалах подложки как на диэлектрических (сапфир, поликор, фторопласт, окись кремния, стекло-текстолит и др.), так и на полупроводниковых (кремний, арсенид галлия и др.), что расширяет применимость способа. Толщина пластины, из которой изготавливают монокристаллические проводящие полоски, менее 20 мкм нежелательна, так как заметно возрастают потери в них, а более 80 мкм не имеет смысла, так как уже не дает дополнительных преимуществ с точки зрения потерь. П р и м е р. В качестве примера рассмотрим способ изготовления интегральной схемы в виде меандра на подложке из поликора толщиной 0,5 мм в трехсантиметровом диапазоне длин волн. Из раствора Bi системы выращивают пластины монокристалла структуры 2212 толщиной 300-1500 мкм, состоящие из двумерных слоев. Путем воздействия ультразвуковых колебаний частотой 10-30 кГц, возбуждаемых режущим инструментом в жидкости, толстую пластину монокристалла разделяют на пластины толщиной 20-80 мкм с гладкой поверхностью, пригодные для изготовления элементов схемы. Полученные пластины ультразвуковым методом разрезают на полоски требуемой ширины W 0,5 мм и длины l1 4 мм и l2 2 мм. Пластины укладывают на полированную поверхность диэлектрической подложки из поликора размером 12 х 9 см, чередуя длинные и короткие пластины в соответствии с топологией интегральной схемы, выполненной в виде меандра. Предварительно на первую и последнюю пластины наносится слой металлизации для крепления выводов схемы. Поверх собранной таким образом схемы укладывают пластину из поликора толщиной 0,25 мм и закрепляют с подложкой микровинтами. Существенным преимуществом предлагаемого способа изготовления интегральной схемы перед прототипом является то, что предлагаемый способ: а) дает возможность изготавливать проводящие полоски из ВТСП-материалов с толщиной, превышающей глубину проникновения электромагнитного поля в ВТСП-материал, что позволяет существенно снизить омические потери в этих полосках и повысить основные СВЧ характеристики интегральных схем; б) создавать интегральные схемы СВЧ с проводящими полосками из ВТСП на различных материалах подложки как на диэлектрических, так и на полупроводниковых, что упрощает процесс изготовления схем, а также расширяет область их применения.
Формула изобретения
