CN105779969A - 一种快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法 - Google Patents

一种快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105779969A
CN105779969A CN201610315954.0A CN201610315954A CN105779969A CN 105779969 A CN105779969 A CN 105779969A CN 201610315954 A CN201610315954 A CN 201610315954A CN 105779969 A CN105779969 A CN 105779969A
Authority
CN
China
Prior art keywords
samarium
gas
substrate
deposition
raw material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610315954.0A
Other languages
English (en)
Inventor
涂溶
汪婷
章嵩
可望
张联盟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University of Technology WUT
Original Assignee
Wuhan University of Technology WUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University of Technology WUT filed Critical Wuhan University of Technology WUT
Priority to CN201610315954.0A priority Critical patent/CN105779969A/zh
Publication of CN105779969A publication Critical patent/CN105779969A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/48—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation
    • C23C16/483—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation using coherent light, UV to IR, e.g. lasers

Abstract

本发明公开了一种快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法，将基板放置于沉积腔内的基板台上；打开真空泵，将沉积腔体内的压强降至最低值；对加热室和原料载流气管及喷嘴进行预热达到设定的温度后，将原料罐推至加热室；打开激光发生器，将激光引入沉积腔体内，对基板加热至沉积温度；打开阀门，使带有原料气的载流气和氧化气体通入到沉积腔体内，调节流量计使载流气和氧化气的流量分别达到相应的设定值，原料气在基板表面形成沉积钐钡铜氧薄膜。基板升温速度快，薄膜沉积速率极快，在薄膜厚度方向上无温度梯度，薄膜成分均一，厚度均匀，大大降低了能耗，非常节能，无杂相生成，超导性能良好。

Description

一种快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法
技术领域
本发明涉及超导材料制备技术领域，具体涉及一种快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法。
背景技术
SmBa2Cu3O7-δ(SmBCO)是REBCO(RE为Gd、Sm、Nd等稀土元素)系超导材料中的一种。在较高的磁场中，与传统的超导材料，如：YBa2Cu3O7-δ(YBCO)比较具有更高的临界转变温度和更大的临界电流密度，而且SmBCO薄膜可以在确定的温度和气压下获得成分单一的相且性能稳定。因此，SmBCO被认为是极具应用前景的下一代高温超导材料。在大电流应用领域，利用SmBCO超导薄膜的临界电流密度大并且上临界磁场高等特点，制备SmBCO高温超导涂层电缆，与传统的铜芯电缆相比，具有传输容量大，损耗小，稳定性高，安全可靠，环保节能等优点；在小电流应用领域，利用SmBCO超导薄膜微波表面电阻比传统铜材料低约2个量级的特点，制备超导微波滤波器、超导量子干涉仪等；在抗磁性方面的应用，主要是利用超导体制造磁悬浮列车等。
SmBCO的超导电流主要在Cu-O面(即a-b面)内传导，其a-b面内能承载的超导电流是其他面所能承载的超导电流的几十至几百倍，这就要求SmBCO薄膜的生长方向尽可能是c轴取向，避免a轴生长产生“弱连接”而严重降低超导性能。
SmBCO薄膜的结构中各元素的配比、氧含量、结晶质量等对其超导性能有显著影响，因此需要在制备过程中需要能够精确控制薄膜中的各元素比、氧分压及沉积温度等，保证晶体结晶性良好。目前制备高温超导薄膜的方法主要有：三氟乙酸-金属有机化合物沉积(Trifluoroaceticacid-metalorganicdeposition，TFA-MOD)、脉冲激光沉积(Pulsedlaserdeposition，PLD)、磁控溅射法(Sputtering)以及金属有机化学气相沉积(Metal-organicchemicalvapordeposition，MOCVD)。TFA-MOD是一种化学溶液沉积方法，其制备过程需要多次重复涂抹，而且溶液干燥、薄膜成相热处理及吸氧过程所需周期较长，而且沉积薄膜表面易产生空洞，影响薄膜表面质量和性能。PLD和溅射法的沉积速率较低，一般只有几十至几百纳米每小时，而且难以沉积大面积的薄膜，设备造价与维护成本昂贵。
MOCVD法被认为是一种最具潜力的制备技术，MOCVD沉积技术具有制备过程简单、成本低、沉积区域面积大且均匀、产品性能高等优点，更容易实现工业化生产。该技术也存在不足之处，沉积速度相对较慢，通常沉积速度仅为几个微米每小时，薄膜厚度不均匀，薄膜在厚度方向上存在温度梯度，易造成薄膜的取向和组分会发生变化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法，沉积速率极快，升温速度快，在薄膜厚度方向上无温度梯度，薄膜成分均一，厚度均匀，大大降低了能耗，非常节能，无杂相生成，超导性能良好。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法，包括以下步骤：
1)将基板放置于沉积腔内的基板台上；
2)打开真空泵，将沉积腔体内的压强降至最低值；
3)分别对加热室和原料载流气管及喷嘴进行预热至设定温度后，将原料罐推至加热室，通入载流气将加热室中原料预热产生的废气排出；
4)打开激光发生器，将激光引入沉积腔体内，加热基板至沉积温度；
5)打开原料罐与沉积腔体之间的阀门及氧化气体与沉积腔体之间的阀门，使带有原料气的载流气和氧化气体通入到沉积腔体内；
6)调节流量计使载流气和氧化气的流量分别达到相应的设定值；
7)通过真空泵调节沉积腔体内的压强；
8)原料气和氧化气发生化学反应，在基板表面形成沉积钐钡铜氧薄膜。
接上述技术方案，所述步骤1)中，所述基板为(100)取向的铝酸镧、钛酸锶或氧化镁的单晶基板，单面抛光，使用前在乙醇中对基板进行超声10～30min，清洁表面。
接上述技术方案，所述步骤3)中，原料包括钐源、钡源和铜源，分别放置于不同的原料罐中。
接上述技术方案，钐源包括三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钐，钡源包括双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钡，铜源包括双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铜。
接上述技术方案，所述步骤3)中，加热室的预热时间3～10min。
接上述技术方案，所述步骤3)中，钐源、钡源和铜源所对应的加热设定温度分别为460～490K、580-620K和350～370K。
接上述技术方案，所述步骤3)中，原料载流气管及喷嘴的加热设定温度为520～570K。
接上述技术方案，所述步骤4)中，激光发生器为连续激光发生器，功率为0～200W，波长为808nm。
接上述技术方案，所述连续激光发生器的加热光斑的均匀加热区域可覆盖整个基板。
接上述技术方案，所述步骤6)中，沉积时载流气的流量为50～500sccm，氧化气体的流量为50～500sccm。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明制备c轴钐钡铜氧薄膜时在激光光子的活化作用下，原料分子间的反应活化能被大幅度降低，基板升温速度快，薄膜沉积速率极快，沉积速度高于120μm/h，是传统化学气相沉积法的几十到几百倍；激光发生器产生的激光直接照射于基板，升温速度快，2～5min即可稳定，在薄膜厚度方向上无温度梯度，薄膜成分均一，厚度均匀，而且反应室其他部位受热较少，大大降低了能耗，非常节能；钐钡铜氧薄膜c轴取向与基板的外延关系良好，成分均一，无杂相生成，超导性能良好。
2、钐源、钡源和铜源三种原料分别加热，根据温度和载流气调节各原料的挥发量，精确控制所制备薄膜的成分，解决了传统化学气相沉积法无法长时间提供精确、稳定、持续的原料蒸气以及在多元薄膜制备过程中无法实现薄膜成分的精确控制等难题。
附图说明
图1是本发明实施例1中制备的c轴钐钡铜氧薄膜的XRD图谱；
图2是本发明实施例2中制备的c轴钐钡铜氧薄膜的极图；
图3是本发明实施例3中制备的c轴钐钡铜氧薄膜的扫描电子显微镜(SEM)像；
图4是本发明实施例中制备方法所使用的快速制备钐钡铜氧薄膜的激光化学气相沉积设备；
图中，1-沉积腔体，2-激光引入窗，3-原料载流气通入口，4-第一流量计，5-原料罐，6-加热室，7-第一阀门，8-原料载流气管，9-氧化气体管，10-第二流量计，11-第二阀门，12-喷嘴，13-移动挡板，14-加热台，15-基板台，16-连续激光发生器，17-光学扩束系统，18-红外测温装置，19-真空泵。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1～图2所示，本发明提供的一个实施例中的快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法，包括以下步骤：
1)将基板(基板为单晶基板)放置于沉积腔内的基板台上；
2)打开真空泵，将沉积腔体1及气体管路(所提供的实施例中气体管路包括原料载流气管8、进气管和氧化气体管9)内的压强降至最低值，为薄膜的制备前提供必要的低真空条件；
3)分别对加热室6和原料载流气管8及喷嘴12进行预热至设定温度后，将原料罐5推至加热室6，通入载流气将加热室6中原料预热产生的废气排出；
4)打开激光发生器，将激光引入沉积腔体1内，加热基板至沉积温度；
5)打开原料罐5与沉积腔体1之间的第一阀门7及氧化气体与沉积腔体1之间的第二阀门11，使带有原料气的载流气和氧化气体(进一步，氧化气体为氧气)通入到沉积腔体1内，固体原料在原料罐5中加热挥发产生原料气，通过载流气带动原料气进行流动；
6)调节第一流量计4和第二流量计10使载流气和氧化气的流量分别达到相应的设定值；
7)通过真空泵调节沉积腔体1内的压强；
8)原料气和氧化气发生化学反应，在基板表面形成沉积钐钡铜氧薄膜。
本发明制备c轴钐钡铜氧薄膜时在激光光子的活化作用下，原料分子间的反应活化能被大幅度降低，沉积速率极快，沉积速度高于120μm/h，是传统化学气相沉积法的几十到几百倍；激光直接照射于基板，升温速度快，2～5min即可稳定，在薄膜厚度方向上无温度梯度，薄膜成分均一，厚度均匀，而且反应室其他部位受热较少，大大降低了能耗，非常节能；钐钡铜氧薄膜c轴取向与基板的外延关系良好，成分均一，无杂相生成，超导性能良好。
进一步地，所述步骤1)中，所述基板为(100)取向的铝酸镧、钛酸锶或氧化镁的单晶基板，单面抛光，使用前在乙醇中对基板进行超声10～30min，清洁表面。
进一步地，所述步骤3)中，原料包括钐源、钡源和铜源，分别放置于不同的原料罐5中；对钐源、钡源和铜源三种原料所对应的加热室6分别加热，根据温度和载流气调节各原料的挥发量，精确控制所制备薄膜的成分，解决了传统化学气相沉积法无法长时间提供精确、稳定、持续的原料蒸气以及在多元薄膜制备过程中无法实现薄膜成分的精确控制等难题。
进一步地，钐源包括三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钐，钡源包括双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钡，铜源包括双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铜。
进一步地，所述步骤3)中，加热室6的预热时间3～10min，具体时间需根据原料罐5中装有原料的加热温度及挥发稳定性确定。
进一步地，所述步骤3)中，钐源、钡源和铜源所对应的加热室6的预热设定温度分别为460～490K、580-620K和350～370K。
进一步地，所述步骤3)中，原料载流气管8及喷嘴12的加热设定温度为520～570K。
进一步地，所述步骤4)中，激光发生器为连续激光发生器16，功率为0～200W，波长为808nm。
进一步地，所述步骤4)中，所述连续激光发生器16的加热光斑的均匀加热区域可覆盖整个基板。
进一步地，所述步骤6)中，沉积时载流气的流量为50～500sccm，氧化气体的流量为50～500sccm。
实施例1
一种快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法，包括如下步骤：
将经预处理的(100)取向铝酸镧单晶基板，放入沉积腔体1的基板台15上；打开真空泵19，将沉积腔体1及气体管路压强降至最低值；预热钐源(三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钐)、钡源(双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钡)及铜源(双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铜)的原料罐所对应的加热室分别至478K、610K及465K，同时加热原料载流气管8及喷嘴12至670K；达到设定的温度后，将原料罐5推至加热室6，打开载流气的第一阀门7，将载流气的流量均调节为100sccm，原料预热产生的废气排出沉积腔体1；打开连续激光发生器16，闭环加热(具体实施例中，闭环加热是指设定好加热温度，程序自动控制激光的功率来维持温度的温度)铝酸镧基板至980K，温度稳定后打开原料罐及氧气与沉积腔体之间的第二阀门11，氧气流量为200sccm，同时调节沉积腔体内的压强至400Pa，打开挡住喷嘴12的移动挡板13，连续激光加热下沉积60s，关闭激光，停止通入原料气和氧气，即可得到钐钡铜氧外延薄膜。
由附图1可知，本实施例制备的钐钡铜氧外延薄膜进行XRD测试。从图上可以看出，只有钐钡铜氧薄膜(00l)的衍射峰，而没有其它晶面或杂相的衍射峰，结果表明薄膜均为c轴取向钐钡铜氧。
实施例2
将经预处理的(100)取向铝酸镧单晶基板，放入沉积腔体1的基板台15上；打开真空泵19，将沉积腔体1及气体管路压强降至最低值；预热钐源(三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钐)、钡源(双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钡)及铜源(双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铜)的原料罐5所对应的加热室6分别至483K、618K及468K，同时加热管路及喷嘴至670K；达到设定的温度后，将原料罐5推至加热室6，打开载流气的阀门，将载流气的流量均调节为100sccm，原料预热产生的废气排出沉积腔体1；打开连续激光发生器16，闭环加热铝酸镧基板至1030K，温度稳定后打开原料罐及氧气与沉积腔体1之间的第二阀门11，氧气流量为100sccm，同时调节沉积腔体1内的压强至300Pa，打开挡住喷嘴12的移动挡板13，连续激光加热下沉积60s，关闭激光，停止通入原料气和氧气，即可得到钐钡铜氧外延薄膜。
由图2可知，本实施例制备的钐钡铜氧薄膜进行极图测试。从图上可以看出，钐钡铜氧{102}晶面族极点的倾斜角为33°，其为{116}与(001)面的夹角的余角，钐钡铜氧薄膜(116)面与基板的(111)面在同一个方位角，从而可以得出钐钡铜氧薄膜与基板的外延关系为钐钡铜氧(001)面与基板(100)面平行。
实施例3
将经预处理的(100)取向钛酸锶单晶基板，放入沉积腔体1的基板台15上；打开真空泵19，将腔体及气体管路压强降至最低值；预热钐源(三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钐)、钡源(双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钡)及铜源(双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铜)的原料罐所对应的加热室分别至480K、616K及472K，同时加热管路及喷嘴至670K；达到设定的温度后，将原料罐5推至加热室6，打开载流气的第一阀门7，将载流气的流量均调节为100sccm，原料预热产生的废气排出沉积腔体1；打开连续激光发生器16，开环加热(具体实施例中开环是指手动调节激光功率，达到目标温度)铝酸镧基板，激光功率加载至108W，温度稳定后打开原料罐及氧气与腔体之间的第二阀门11，氧气流量为100sccm，同时调节沉积腔体1内的压强至600Pa，打开挡住喷嘴12的移动挡板13，连续激光加热下沉积45s，关闭激光，停止通入原料气和氧气，即可得到钐钡铜氧外延薄膜。
由附图3可知，本实施例制备的钐钡铜氧薄膜进行SEM测试。从图上可以看出，钐钡铜氧的表面无孔洞，形貌成不规则矩形，断面结构致密、均一，膜厚为1.53μm，沉积速率达到122.4μm/h。
实施快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法时所使用的设备为一种快速制备钐钡铜氧薄膜的激光化学气相沉积设备，包括沉积腔体1、进气装置和连续激光发生器16，沉积腔体1内设有工作台，沉积腔体1上设有激光引入窗2，连续激光发生器16发射的激光透过激光引入窗2照射到工作台上，进气装置还包括原料载流气管8和氧化气体管9，进气管的出气端插入沉积腔体1内，进气管的喷嘴12设置于工作台上方，沉积腔体1底部设有真空泵19；工作时基板放置于工作台上，真空泵19用于保持沉积腔体1的真空度，使沉积腔体1的真空度为3～105Pa，通过连续激光发生器16产生连续激光，由激光照射进行加热，进而使进入沉积腔体1内的气体受热在基板表面发生化学气相沉积，激光直接照射到基板上，加热区域集中，能量损耗少，激光从上至下加热基板，，而反应室其他部位受热较小(提供的实施例中无需给工作台加热)，从而大大降低了能耗，能够均匀快速加热基板至设定温度，实验周期短，激光能量密度大，而且激光加热大幅降低了原料分子间的反应活化能，极大地提高了沉积速率，使薄膜沉积的速率可达100μm/h，是传统CVD方法的几倍至几百倍，而且沉积过程中沉积薄膜的厚度方向上不存在温度梯度，使对基板表面的温度的控制更加精确和稳定。
进一步地，沉积腔体1为冷壁腔体。
进一步地，沉积腔体1上设有压强蝶阀，压强蝶阀可调节沉积腔体1内的压强。
进一步地，激光引入窗2的窗体镜片为专用镀膜石英玻璃。
进一步地，进气管的出气端设有喷嘴12，喷嘴12与工作台之间的距离为40～70mm，喷嘴11与工作台之间设有移动挡板13。
进一步地，喷嘴12内径为20～50mm。
进一步地，移动挡板13的面积大于喷嘴11的口径，在沉积过程开始前挡住喷嘴12，沉积过程中，从喷嘴12喷出的气体气流稳定后移开移动挡板13。
进一步地，进气装置还包括至少3个原料载流气管8和至少1个氧化气体管9，多个原料载流气管8的出气口汇集与进气管的进气端连接，氧化气体管9的出气口与进气管连接，每个原料载流管上依次设有第一流量计4和第一阀门7，氧化体管上依次设有第二流量计10和第二阀门11；通过第一流量计4控制各路原料载流管中载流气的流量，进而方便快速的调节所需制备薄膜中各种原料成分的含量，也可根据需要按一定的次序打开各原料载流管上的第一阀门7，从而在同一个工序内实现多层膜的制备。
进一步地，原料载流管上的第一流量计4和第一阀门7之间设有原料罐5和加热室6，原料罐设置于加热室6内；通过对不同加热室6分别加热，根据温度和载流气调节各原料的挥发量，精确控制所制备薄膜的成分，解决了传统化学气相沉积法无法长时间提供精确、稳定、持续的原料蒸气以及在多元薄膜制备过程中无法实现薄膜成分的精确控制等难题，而且可以在一个工序内实现多层膜的制备。
进一步地，加热装置包括加热室和供热装置，原料罐5设置于加热室内，原料罐5可从加热室6中拿出，原料罐5与加热室6相互独立，原料罐5通过加热室6进行加热。
进一步地，多个原料载流气管8的进气口汇集到一处入口形成原料载流气通入口3，载流气由原料载流气通入口3进入，分流到多个原料载流气管8中，载流气为惰性气体(提供的实施例中惰性气体可以选择为氩气)，不与前驱体(实施例中前驱体为固体，加热挥发为原料气)发生反应，原料罐5中放入不同原料的前驱体，通过载流气带动原料气体进入到沉积腔体1中，通过调节载流气的流量调节所需制备薄膜中各种原料成分的含量。
进一步地，第一流量计4和第二流量计10的量程为300ml～700ml。
进一步地，原料罐5可拆卸，不同原料罐5的加热温度根据所盛放的前驱体的挥发温度来设置，加热范围为300～700K，相互独立地调节原料的加热温度来控制原料挥发量。
进一步地，原料载流气管8和喷嘴12上均设有管道加热装置。
进一步地，管道加热装置包括石棉加热带，石棉加热带包裹住原料载流气管8，加热范围为300～700K。
进一步地，氧化气体管8中通入氧化气体，氧化气体包括氧气和二氧化氮或一氧化氮的混合气体，当需要通过多种氧化气体时，需要设置多个氧化气体管9，每种氧化气体对应一个氧化气体管9通入到进气管中，与原料载流气体在进入沉积腔体1前混合。
进一步地，所述激光发生器为连续激光发生器16，连续激光发生器16产生连续波长的激光。
进一步地，连续激光发生器15的功率范围为0～200W，波长为808nm。
进一步地，所述激光发生器与激光引入窗2之间设有光学扩束系统17。
进一步地，光学扩束系统17内设有透镜，透镜位置可调，激光发生器通过光钎与光学扩束系统17连接，激光发生器发射的激光经透镜放大后透过激光引入窗2进入沉积腔体1内，通过光学扩束系统17将直径小于1mm的激光束放大为直径为10～50mm的大光束，并且可通过移动透镜的位置调节激光光斑的大小适应相应的基板尺寸。
进一步地，所述激光化学气相沉积设备还包括测温装置，测温装置用于测量基板表面的温度。
进一步地，所述测温装置为红外测温装置18，红外测温装置18设置于沉积腔体1外，通过红外线探测温度。
进一步地，工作台包括加热台14和基板台15，基板台15设置于加热台14上，工作时将基板放置于基板台15上，加热台14的加热范围为300-1500K，可在不使用激光时进行热化学气相沉积。
进一步地，加热台14为螺旋石墨加热体，螺旋石墨加热体外层镀有碳化硅涂层。
进一步地，基板台15包括石英玻璃盖板和石墨块，石墨块设置于石英玻璃盖板上，石英玻璃盖板的厚度为0.8～1.5mm，石墨块外层设有碳化硅涂层，工作时基板放置于石墨块上。
进一步地，所述激光化学气相沉积设备还包括控制系统，控制系统分别与连续激光发生器16、光学扩束系统17、红外测温装置18和真空泵19，对控制系统输入本设备使用过程中的试验参数，红外测温装置18将检测到的温度信号发送给控制系统，控制系统根据温度信号控制连续激光发生器16和光学扩束系统17调节激光加热温度和激光光斑，控制系统通过真空泵19调节沉积腔体1内的压强，从而精确控制试验条件。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将基板放置于沉积腔内的基板台上；
2)打开真空泵，将沉积腔体内的压强降至最低值；
3)分别对加热室和原料载流气管及喷嘴进行预热至设定温度后，将装有原料的原料罐推至加热室，通入载流气将加热室中原料预热产生的废气排出；
4)打开激光发生器，将激光引入沉积腔体内，加热基板至沉积温度；
5)打开原料罐与沉积腔体之间的阀门及氧化气体与沉积腔体之间的阀门，使带有原料气的载流气和氧化气体通入到沉积腔体内；
6)调节流量计使载流气和氧化气的流量分别达到相应的设定值；
7)通过真空泵调节沉积腔体内的压强；
8)原料气和氧化气发生化学反应，在基板表面形成沉积钐钡铜氧薄膜。
2.根据权利要求1所述的快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述基板为(100)取向的铝酸镧、钛酸锶或氧化镁的单晶基板，单面抛光，使用前在乙醇中对基板进行超声10～30min，清洁表面。
3.根据权利要求1所述的快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法，其特征在于，所述步骤3)中，原料包括钐源、钡源和铜源，分别放置于不同的原料罐中。
4.根据权利要求3所述的快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法，其特征在于，钐源包括三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钐，钡源包括双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钡，铜源包括双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)铜。
5.根据权利要求1所述的快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法，其特征在于，所述步骤3)中，加热室的预热时间3～10min。
6.根据权利要求1所述的快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法，其特征在于，所述步骤3)中，钐源、钡源和铜源所对应的加热室的预热设定温度分别为460～490K、580-620K和350～370K。
7.根据权利要求1所述的快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法，其特征在于，所述步骤3)中，原料载流气管及喷嘴的加热设定温度为520～570K。
8.根据权利要求1所述的快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法，其特征在于，所述步骤4)中，激光发生器为连续激光发生器，功率为0～200W，波长为808nm。
9.根据权利要求1所述的快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法，其特征在于，所述步骤4)中，所述连续激光发生器的加热光斑的均匀加热区域可覆盖整个基板。
10.根据权利要求1所述的快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法，其特征在于，所述步骤6)中，载流气的流量设定值为50～500sccm，氧化气体的流量设定值为50～500sccm。
CN201610315954.0A 2016-05-12 2016-05-12 一种快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法 Pending CN105779969A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610315954.0A CN105779969A (zh) 2016-05-12 2016-05-12 一种快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610315954.0A CN105779969A (zh) 2016-05-12 2016-05-12 一种快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105779969A true CN105779969A (zh) 2016-07-20

Family

ID=56378728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610315954.0A Pending CN105779969A (zh) 2016-05-12 2016-05-12 一种快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105779969A (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040255855A1 (en) * 2003-06-23 2004-12-23 Venkat Selvamanickam Metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) process and apparatus to produce multi-layer high-temperature superconducting (HTS) coated tape
CN103524131A (zh) * 2013-09-06 2014-01-22 河南师范大学 一种稀土元素掺杂的YxSm1-xBCO超导薄膜的制备方法
CN103668126A (zh) * 2013-11-29 2014-03-26 武汉理工大学 激光化学气相沉积装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040255855A1 (en) * 2003-06-23 2004-12-23 Venkat Selvamanickam Metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) process and apparatus to produce multi-layer high-temperature superconducting (HTS) coated tape
CN103524131A (zh) * 2013-09-06 2014-01-22 河南师范大学 一种稀土元素掺杂的YxSm1-xBCO超导薄膜的制备方法
CN103668126A (zh) * 2013-11-29 2014-03-26 武汉理工大学 激光化学气相沉积装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PEI ZHAO，ET AL.: ""Fast epitaxial growth of a-axis- and c -axis-oriented YBa2Cu3O7-δ films on (100) LaAlO3 substrate by laser chemical vapor deposition"", 《APPLIED SURFACE SCIENCE》 *
WANG TING, ET AL.: ""Morphology Study of Oriented SmBCO Film Deposited by MOCVD"", 《JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY-MATER.SCI.ED.》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105925961A (zh) 一种快速制备多元氧化物薄膜的激光化学气相沉积设备
KR100719612B1 (ko) 초전도체 형성 방법 및 반응기
MacManus-Driscoll et al. Studies of structural disorder in ReBa2Cu3O7− x thin films (Re= rare earth) as a function of rare-earth ionic radius and film deposition conditions
US20120258863A1 (en) Metalorganic chemical vapor deposition (mocvd) process and apparatus to produce multi-layer high-temperature superconducting (hts) coated tape
WO2006137873A2 (en) A chemical vapor deposition (cvd) apparatus usable in the manufacture of superconducting conductors
US20100009064A1 (en) Chemical vapor deposition (CVD) apparatus usable in the manufacture of superconducting conductors
Paranthaman et al. Fabrication of Long Lengths of Epitaxial Buffer Layers on Biaxially Textured Nickel Substrates Using a Continuous Reel‐to‐Reel Dip‐Coating Unit
JP2004536218A (ja) 高電流被覆高温超伝導テープの製造方法
US11923105B2 (en) Methods and systems for fabricating high quality superconducting tapes
US5200388A (en) Metalorganic chemical vapor deposition of superconducting films
KR20070112071A (ko) 코팅된 전도체, 및 고온 초전도체 층의 제조에 사용되는다결정 필름
Bäuerle Laser-induced formation and surface processing of high-temperature superconductors
Face et al. In situ growth of epitaxial TlBa2CaCu2O7 thin films
Richards et al. MOCVD of high quality YBa2Cu3O7− δ thin films using a fluorinated barium precursor
CN105779969A (zh) 一种快速沉积钐钡铜氧外延薄膜的方法
CN114040808B (zh) 用于薄膜沉积的固体前体进料系统
CN100549221C (zh) 一种钛酸锶钡薄膜材料的制备方法
CN106435526B (zh) 一种用于mocvd制备ybco带材的气体反应腔
RU206446U1 (ru) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СВЕРХПРОВОДНИКА В ВИДЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЛЕНТ С ТЕКСТУРИРОВАННЫМИ ПЛЕНКАМИ RBa2Cu3O7
Zhao et al. Deposition of high-Tc superconducting Y-Ba-Cu-O thin films at low temperatures using a plasma-enhanced organometallic chemical vapor deposition approach
JPH02106822A (ja) 薄膜形成方法及び薄膜形成装置
JPH02243504A (ja) 高温超電導薄膜の製造方法
Honjo et al. MOD-TFA processing for REBa 2 Cu 3 O 7− δ coated conductors
JPS63138790A (ja) 炭化窒化ニオブ薄膜の作製方法
CN2585869Y (zh) 利用电流直接加热靶材蒸发制备大面积薄膜的装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160720