CN1657644A - 高温超导薄膜双面蒸镀技术及其装置 - Google Patents

Abstract

一种高温超导薄膜双面蒸镀技术及其装置，包括蒸镀区、反应区、真空泵、加热装置、驱动装置、基片承载盘六部分，其特征在于其基片承载盘是由驱动齿轮、底盘、基片夹持机构所组成。蒸镀工艺工序包含了基片在真空环境中的自动翻转过程。本发明的优越性在于结构紧凑，基片可以在真空环境中自动翻转，节省了降温、升温、抽真空的时间，提高了效率，改善了品质。

Description

高温超导薄膜双面蒸镀技术及其装置

(一)技术领域：

本发明涉及一种高温超导薄膜蒸镀技术及其装置，特别是一种适用于需要对基片双面都进行蒸镀超导薄膜的蒸镀技术及其装置。

(二)背景技术：

临界温度超过液氮温度的高温超导材料的发现，使超导材料的应用研究得到了极大的发展，而其中的高温超导薄膜材料以其优异的电学特性，在移动通信、航空航天、医疗诊断以及国防军事领域都得到了非常广泛的应用。如可以应用于无线移动及卫星通信系统的微波滤波器及微波天线、可应用于核磁共振成像技术、超导量子干涉仪、限流器、超导带材以及雷达技术等。现在得到大量应用的高温超导薄膜材料均为多组分的氧化薄膜，如YBa₂Cu₃O₇、Tl₂Ba₂CaCu₂O₈等，常用的薄膜制备技术一般有以下几种：脉冲激光沉积法、原位磁控溅射法、金属有机化学汽相沉积法、共蒸发法等。而采用镀膜机进行共蒸发法制备高温超导薄膜是当前技术的主流。传统共蒸发法镀膜机的结构一般包括蒸镀区、反应区、真空泵、加热装置、驱动装置、基片承载盘六部分，多组分氧化物高温超导薄膜的制备机理是将各种蒸镀源材料置于持续抽真空的蒸镀区内加热蒸发，沉积于放置在由驱动装置驱动匀速旋转的基片承载盘内的基片表面，蒸镀源原子按一定晶体结构排列形成规则的层状薄膜，薄膜经持续充入反应气体氧气的反应区反应，成为具有高温超导特性的高温超导氧化薄膜。在薄膜制备过程中，蒸镀区与反应区相互隔离独立，蒸镀区保持高真空状态，持续对反应区充入反应气体氧气，使其中的氧压高于蒸镀区内氧压，通过加热装置对基片承载盘进行加热以保持所需的高温，通过驱动装置驱动基片承载盘匀速旋转。传统共蒸发法制备双面高温超导薄膜的过程为：①装载待沉积基片—抽真空—升温—蒸镀第一面高温超导薄膜；②降温—破真空—翻转基片；③抽真空—升温—蒸镀第二面高温超导薄膜—降温—蒸镀第二面金层；④破真空—翻转基片；⑤抽真空—蒸镀第一面金层；⑥破真空—取出蒸镀完毕的双面高温超导薄膜基片。为提高生产效率，传统改善方法一般是加大真空腔体尺寸，实现大面积蒸镀。但由于腔体内蒸镀源原子浓度降低，往往会影响高温超导薄膜的品质。

(三)发明内容：

本发明的目的在于设计一种高温超导薄膜双面蒸镀技术及其装置，它有效地克服了传统薄膜蒸镀技术中在制备双面高温超导薄膜过程中需要多次破真空、抽真空，并进行人工翻转超导基片的缺点，使之不但大大提高了生产效率，而且提高了产品的品质。

本发明的技术方案：一种高温超导薄膜双面蒸镀装置，包括蒸镀区、反应区、真空泵、加热装置、驱动装置、基片承载盘六部分，其特征在于其基片承载盘是由驱动齿轮、底盘、基片夹持机构所组成。

上述所说的驱动齿轮有两面齿，它的侧面齿是驱动装置的旋转啮合区，它的底面齿是将驱动装置的旋转转化为基片夹持机构的旋转啮合区。

上述所说的底盘是用于承载基片夹持机构的承载盘，其上有用来安装基片夹持机构的安装窗口。

上述所说的基片夹持机构包括用来盛放基片的载物盘，包括与驱动齿轮相啮合并与载物盘相联结而将驱动齿轮的旋转转化为载物盘旋转的传动齿轮，包括用来固定传动齿轮和载物盘的紧固螺母，包括用来将外围的载物盘转动传给内部载物盘转动的联轴器；包括用来联结联轴器和载物盘的键，包括用来压紧基片的固定环，包括用来给基片定向的定向弹簧片，包括用来将定向弹簧片固定在固定环上的紧固螺钉以及将固定环固定在载物盘上的紧固螺钉。

上述所说的底盘上安装基片夹持机构的安装窗口可以是3个、6个、9个，也可以是更多个。

上述所说的基片夹持机构的尺寸可以是2英寸、3英寸，也可以是更大的尺寸。

一种上述高温超导薄膜双面蒸镀技术，其特征在于其蒸镀工艺工序包含了基片在真空环境中的自动翻转过程。

上述所说的蒸镀工艺可以由以下工序所构成：①装载待沉积基片—抽真空—升温—蒸镀第一面高温超导薄膜；②基片承载盘自动翻转基片—蒸镀第二面高温超导薄膜；③降温—蒸镀第二面金层；④基片承载盘自动翻转基片—蒸镀第一面金层；⑤破真空—取出蒸镀完毕的双面高温超导薄膜基片。

上述所说的蒸镀工艺也可以由以下工序所构成：①装载待沉积基片--抽真空—升温；②蒸镀高温超导薄膜和基片承载盘自动翻转基片交替进行，直至两面高温超导薄膜层蒸镀完毕—降温；③蒸镀金层和基片承载盘自动翻转基片交替进行，直至两面金层蒸镀完毕；④破真空—取出蒸镀完毕的双面高温超导薄膜基片。

本发明所涉基片在真空环境中的自动翻转功能的工作原理为：在需要基片翻转的时机，通过驱动装置提升加热装置的位置，留出基片翻转的足够空间，驱动装置驱动基片承载盘的驱动轮，通过传动齿轮带动载物盘的转动，使基片翻转180°，关闭驱动装置对基片承载盘驱动轮的作用，并锁定驱动轮与传动齿轮的相对位置，保证基片在蒸镀过程中的稳定性，通过驱动装置降低加热装置的位置，恢复对基片的加热状态。

本发明的优越性在于：1、本案充分考虑了当前蒸镀双面高温超导薄膜技术中耗时较长的不足，基片的两面可以在真空环境中自动切换翻转，从而节省了降温、升温、抽真空的时间，提高了生产效率。2、高温超导薄膜的品质更好，由于无须破真空将基片取出人工翻转，这样就使基片在人工翻转受污染的可能性将为零，从而大大提高了双面高温超导薄膜的品质。3、本案结构紧凑，实现了用尽可能小的空间放置尽可能多的基片进行镀膜。

(四)附图说明：

附图1为本发明所涉一种高温超导薄膜双面蒸镀装置的结构示意图。

附图2-1为本发明所涉一种高温超导薄膜双面蒸镀装置的基片承载盘的立体结构示意图。

附图2-2为本发明所涉一种高温超导薄膜双面蒸镀装置的基片承载盘的立体结构爆炸示意图。

附图3为本发明所涉一种高温超导薄膜双面蒸镀装置的基片夹持机构爆炸示意图。

其中：10为高温超导薄膜双面蒸镀装置本体，11为蒸镀区，12为反应区，13为真空泵，14为加热装置，15为驱动装置，16为蒸镀源，17为高温超导基片；20为基片承载盘本体，21为驱动齿轮，21a为侧面齿，  21b为底面齿，22为底盘，23为安装窗口；30为基片夹持机构本体，31为载物盘，32为传动齿轮，33为载物盘紧固螺母，34为联轴器，35为键，36为固定环，37为定向弹簧片，38为弹簧片紧固螺钉，39为固定环紧固螺钉。

(五)具体实施方式：

实施例1：一种高温超导薄膜双面蒸镀装置10，包括蒸镀区11、反应区12、真空泵13、加热装置14、驱动装置15、基片承载盘20六部分，其特征在于其基片承载盘20是由驱动齿轮21、底盘22、基片夹持机构30所组成。

上述所说的驱动齿轮21有两面齿，它的侧面齿21a是驱动装置15的旋转啮合区，它的底面齿21b是将驱动装置15的旋转转化为基片夹持机构30的旋转啮合区。

上述所说的底盘22是用于承载基片夹持机构30的承载盘，其上有用来安装基片夹持机构30的安装窗口23。

上述所说的基片夹持机构30包括用来盛放基片17的载物盘31，包括与驱动齿轮21的底面齿21b相啮合并与载物盘31相联结而将驱动齿轮21的旋转转化为载物盘31旋转的传动齿轮32，包括用来固定传动齿轮32和载物盘31的紧固螺母33，包括用来将外围的载物盘31转动传给内部载物盘31转动的联轴器34；包括用来联结联轴器34和载物盘31的键35，包括用来压紧基片17的固定环36，包括用来给基片17定向的定向弹簧片37，包括用来将定向弹簧片37固定在固定环36上的紧固螺钉38以及将固定环36固定在载物盘31上的紧固螺钉39。

上述所说的底盘22上安装基片夹持机构30的安装窗口23可以是9个。

上述所说的基片夹持机构30的尺寸可以是2英寸。

一种上述高温超导薄膜双面蒸镀技术，其特征在于其蒸镀工艺工序包含了基片17在真空环境中的自动翻转过程。

上述所说的蒸镀工艺可以由以下工序所构成：①装载待沉积基片17—抽真空—升温—蒸镀第一面高温超导薄膜；②基片承载盘20自动翻转基片17—蒸镀第二面高温超导薄膜；③降温—蒸镀第二面金层；④基片承载盘20自动翻转基片17—蒸镀第一面金层；⑤破真空—取出蒸镀完毕的双面高温超导薄膜基片17。

实施例2：上述所说的蒸镀工艺也可以由以下工序所构成：①装载待沉积基片17—抽真空—升温；②蒸镀高温超导薄膜和基片承载盘20自动翻转基片17交替进行，直至两面高温超导薄膜层蒸镀完毕—降温；③蒸镀金层和基片承载盘20自动翻转基片17交替进行，直至两面金层蒸镀完毕；④破真空—取出蒸镀完毕的双面高温超导薄膜基片17。

Claims (9)

1、一种高温超导薄膜双面蒸镀装置，包括蒸镀区、反应区、真空泵、加热装置、驱动装置、基片承载盘六部分，其特征在于其基片承载盘是由驱动齿轮、底盘、基片夹持机构所组成。

2、根据权利要求1所说的一种高温超导薄膜双面蒸镀装置，其特征在于所说的驱动齿轮有两面齿，它的侧面齿是驱动装置的旋转啮合区，它的底面齿是将驱动装置的旋转转化为基片夹持机构的旋转啮合区。

3、根据权利要求1所说的一种高温超导薄膜双面蒸镀装置，其特征在于所说的底盘是用于承载基片夹持机构的承载盘，其上有用来安装基片夹持机构的安装窗口。

4、根据权利要求1所说的一种高温超导薄膜双面蒸镀装置，其特征在于所说的基片夹持机构包括用来盛放基片的载物盘，包括与驱动齿轮相啮合并与载物盘相联结而将驱动齿轮的旋转转化为载物盘旋转的传动齿轮，包括用来固定传动齿轮和载物盘的紧固螺母，包括用来将外围的载物盘转动传给内部载物盘转动的联轴器；包括用来联结联轴器和载物盘的键，包括用来压紧基片的固定环，包括用来给基片定向的定向弹簧片，包括用来将定向弹簧片固定在固定环上的紧固螺钉以及将固定环固定在载物盘上的紧固螺钉。

5、根据权利要求1所说的一种高温超导薄膜双面蒸镀装置，其特征在于所说的底盘上安装基片夹持机构的安装窗口可以是3个、6个、9个，也可以是更多个。

6、根据权利要求1所说的一种高温超导薄膜双面蒸镀装置，其特征在于所说的基片夹持机构的尺寸可以是2英寸、3英寸，也可以是更大的尺寸。

7、一种上述高温超导薄膜双面蒸镀技术，其特征在于其蒸镀工艺工序包含了基片在真空环境中的自动翻转过程。

8、根据权利要求7所说的一种高温超导薄膜双面蒸镀技术，其特征在于其蒸镀工艺可以由以下工序所构成：①装载待沉积基片--抽真空--升温--蒸镀第一面高温超导薄膜；②基片承载盘自动翻转基片--蒸镀第二面高温超导薄膜；③降温—蒸镀第二面金层；④基片承载盘自动翻转基片—蒸镀第一面金层；⑤破真空—取出蒸镀完毕的双面高温超导薄膜基片。

9、根据权利要求7所说的一种高温超导薄膜双面蒸镀技术，其特征在于其蒸镀工艺可以由以下工序所构成：①装载待沉积基片--抽真空—升温；②蒸镀高温超导薄膜和基片承载盘自动翻转基片交替进行，直至两面高温超导薄膜层蒸镀完毕--降温；③蒸镀金层和基片承载盘自动翻转基片交替进行，直至两面金层蒸镀完毕；④破真空—取出蒸镀完毕的双面高温超导薄膜基片。

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