一種基于mocvd技術制備rebco超導材料的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本實用新型屬于REBCO超導材料制備技術領域，特別是涉及一種基于MOCVD技術制備REBCO超導材料的裝置。
【背景技術】
[0002]金屬有機化學氣相沉積技術(MOCVD)是具有高沉積速率以及可大面積沉積薄膜的優點，其是制備高質量REBC0(RE即Rare Earth，代表Y、Sm、Gd及其他稀有金屬元素)高溫超導材料的首選工藝之一。
[0003]MOCVD技術需要用重金屬有機源，以M(TMHD)x(M = RE、Ba、Cu等)為代表，通常采用單一溶液源的方法，即將全部的M (TMHD) X有機源按比例溶于THF (四氫呋喃)一類的有機溶劑中，再將溶液同時注入蒸發器內蒸成為重金屬有機反應物，通過輸送管路徑由噴淋器(Showerhead)噴射至真空室沉積區域。
[0004]—方面，在重金屬有機反應物到達沉積區域之前，必須有效充分的與反應氣體氧氣(O2)混合，才能保證在襯底上高效均勻的沉積出超導薄膜，這就需要盡量使重金屬有機反應物與氧氣提前混合充分。
[0005]另一方面，一旦重金屬有機反應物與氧氣混合后，在一定的溫度下極易發生反應，為了能夠將重金屬有機反應物與氧氣的反應控制在襯底表面，就需要盡量使金屬有機反應物與氧氣在靠近襯底表面時混合。
[0006]現有的涉及重金屬有機源的工藝設計中，多采用在噴淋器前的輸送管路中引入氧氣，使氧氣提前與重金屬有機反應物均勻混合，從而實現在襯底表面實現高效均勻成膜的目的。但是，該工藝設計仍然存在以下缺點，即需要嚴格控制氧氣引入區域(包括噴淋器及噴淋器前的輸送管路)的溫度及溫度均勻性，如果噴淋器溫度偏高或溫度不均勻，會導致重金屬有機反應物與氧氣在噴淋器中提前反應，一方面會影響到達到襯底表面反應物的成分，使REBCO膜層成分難以控制；另一方面，在引入氧氣后的輸送管路及噴淋器中，重金屬有機源容易與氧氣發生反應而造成輸送管路的堵塞，因此需要定期維護并及時清理堵塞物，這會嚴重影響REBCO超導材料的生產效率，也會降低工藝穩定性及可靠性。
[0007]現有的涉及II1-V、I1-VI金屬有機源的工藝設計中，多采用單獨的氧氣輸送管路直接在襯底表面附近引入氧氣，氧氣在襯底表面與金屬有機源混合并反應成膜。但是，該工藝設計在應用于REBCO超導材料制備時，仍然存在以下缺點，即重金屬有機源與氧氣混合不均勻，并導致反應不充分，從而會影響沉積速率和成膜質量。
【實用新型內容】
[0008]針對現有技術存在的問題，本實用新型提供一種基于MOCVD技術制備REBCO超導材料的裝置，能夠使重金屬有機反應物與高溫氧氣在噴淋器下方的反應氣體輸送空間內充分均勻混合，徹底解決了重金屬有機反應物與氧氣在噴淋器及輸送管路中提前反應的問題。
[0009]為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案:一種基于MOCVD技術制備REBCO超導材料的裝置，包括真空室、金屬有機源輸送管路、噴淋器、冷卻器、襯底、加熱器及氧氣引入機構，所述金屬有機源輸送管路位于真空室頂部，所述噴淋器位于真空室內部并與金屬有機源輸送管路相連，所述冷卻器位于噴淋器下方，所述氧氣引入機構位于冷卻器下方，所述襯底通過弧形板安裝在真空室下部，所述加熱器位于襯底及弧形板下方，在襯底與氧氣引入機構之間留有反應氣體輸送空間。
[0010]所述氧氣引入機構與襯底之間的距離采用可調方式。
[0011 ]所述氧氣引入機構包括氧氣入口和進氣通道，所述氧氣入口與進氣通道相連通，在所述進氣通道上密布有若干噴淋孔。
[0012]所述進氣通道采用環狀結構。
[0013]所述噴淋孔的氧氣噴射方向與噴淋器的金屬有機源噴射方向平行且相反。
[0014]在靠近所述噴淋器一側的氧氣引入機構上設置有隔熱機構。
[0015]本實用新型的有益效果:
[0016]本實用新型通過在噴淋器下方增加氧氣引入機構，在保證重金屬有機反應物與氧氣混合均勻的同時，徹底解決了重金屬有機反應物與氧氣在噴淋器及輸送管路中提前反應的問題，有利于REBCO膜層成分的精確控制和均勻控制，同時也避免了在噴淋器及輸送管路中沉積膜層，大大降低了維護頻率，大幅度提高了 REBCO超導材料的生產效率和工藝可靠性。
[0017]本實用新型通過將氧氣引入機構設置在噴淋器及冷卻器下方，并在氧氣引入機構增設了隔熱機構，這樣可以保證氧氣引入機構維持在較高的溫度，一方面可以保證噴出高溫的氧氣，使反應更加充分均勻；另一方面可以避免襯底表面熱量損失過多，從而可以相應的降低襯底的加熱溫度，同時還能保證理想的成膜質量，由此可以解決由于加熱溫度過高所導致的一系列問題。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的一種基于MOCVD技術制備REBCO超導材料的裝置結構示意圖；
[0019]圖2為本實用新型的氧氣引入機構結構示意圖；
[0020]圖中，丨一真空室，2—金屬有機源輸送管路，3—噴淋器，4一冷卻器，5—襯底，6—加熱器，7—氧氣引入機構，8—弧形板，9一反應氣體輸送空間，10—氧氣入口，11一進氣通道，12—噴淋孔，13—隔熱機構。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步的詳細說明。
[0022]如圖1、2所示，一種基于MOCVD技術制備REBCO超導材料的裝置，包括真空室1、金屬有機源輸送管路2、噴淋器3、冷卻器4、襯底5、加熱器6及氧氣引入機構7，所述金屬有機源輸送管路2位于真空室I頂部，所述噴淋器3位于真空室I內部并與金屬有機源輸送管路2相連，所述冷卻器4位于噴淋器3下方，所述氧氣引入機構7位于冷卻器4下方，所述襯底5通過弧形板8安裝在真空室I下部，所述加熱器6位于襯底5及弧形板8下方，在襯底5與氧氣引入機構7之間留有反應氣體輸送空間9。
[0023]所述氧氣引入機構7與襯底5之間的距離采用可調方式。由于氧氣引入機構7位于襯底5上且距離可調，保證氧氣在氧氣引入機構7內被充分加熱，以保證重金屬有機源與高溫氧氣在襯底表面充分反應。由于氧氣引入機構7位于冷卻器4下方，且冷卻器4位于噴淋器3下方，保證噴淋器3的溫度在可控范圍內的同時，還由于氧氣引入機構7的阻擋作用，冷卻器4不會使襯底5的表面熱量損失過多。
[0024]所述氧氣引入機構7包括氧氣入口10和進氣通道11，所述氧氣入口 10與進氣通道11相連通，在所述進氣通道11上密布有若干噴淋孔12。通過進氣通道11上密布的噴淋孔12均勻噴出高溫氧氣，可達到與金屬有機源均勻混合的目的。
[0025]所述進氣通道11采用環狀結構。
[0026]所述噴淋孔12的氧氣噴射方向與噴淋器3的金屬有機源噴射方向平行且相反。高溫氧氣經反彈后與金屬有機源混合，進一步提高了混合均勻性。
[0027]在靠近所述噴淋器3—側的氧氣引入機構7上設置有隔熱機構13。由于隔熱機構13的存在，可以進一步保證氧氣被有效加熱，并且進一步減少襯底5表面的熱量損失。
[0028]下面結合【附圖說明】本實用新型的一次使用過程:
[0029]重金屬有機源經金屬有機源輸送管路2被輸送至噴淋器3內，此時噴淋器3會通過冷卻器4將溫度控制在可控范圍內，同時高溫氧氣通過氧氣引入機構7的氧氣入口 10輸入，再經氧氣引入機構7進氣通道11上的噴淋孔12均勻噴出，此時噴出的高溫氧氣與重金屬有機源首先在氧氣引入機構7處混合，然后在反應氣體輸送空間9處進一步混合均勻，之后在襯底5處進行充分且均勻的反應，此過程中加熱器6始終為襯底5及弧形板8進行均勻加熱。
[0030]實施例中的方案并非用以限制本實用新型的專利保護范圍，凡未脫離本實用新型所為的等效實施或變更，均包含于本案的專利范圍中。
【主權項】
1.一種基于MOCVD技術制備REBCO超導材料的裝置，其特征在于:包括真空室、金屬有機源輸送管路、噴淋器、冷卻器、襯底、加熱器及氧氣引入機構，所述金屬有機源輸送管路位于真空室頂部，所述噴淋器位于真空室內部并與金屬有機源輸送管路相連，所述冷卻器位于噴淋器下方，所述氧氣引入機構位于冷卻器下方，所述襯底通過弧形板安裝在真空室下部，所述加熱器位于襯底及弧形板下方，在襯底與氧氣引入機構之間留有反應氣體輸送空間。2.根據權利要求1所述的一種基于MOCVD技術制備REBCO超導材料的裝置，其特征在于:所述氧氣引入機構與襯底之間的距離采用可調方式。3.根據權利要求1所述的一種基于MOCVD技術制備REBCO超導材料的裝置，其特征在于:所述氧氣引入機構包括氧氣入口和進氣通道，所述氧氣入口與進氣通道相連通，在所述進氣通道上密布有若干噴淋孔。4.根據權利要求3所述的一種基于MOCVD技術制備REBCO超導材料的裝置，其特征在于:所述進氣通道采用環狀結構。5.根據權利要求3所述的一種基于MOCVD技術制備REBCO超導材料的裝置，其特征在于:所述噴淋孔的氧氣噴射方向與噴淋器的金屬有機源噴射方向平行且相反。6.根據權利要求1所述的一種基于MOCVD技術制備REBCO超導材料的裝置，其特征在于:在靠近所述噴淋器一側的氧氣引入機構上設置有隔熱機構。
【專利摘要】一種基于MOCVD技術制備REBCO超導材料的裝置，包括真空室、金屬有機源輸送管路、噴淋器、冷卻器、襯底、加熱器及氧氣引入機構，金屬有機源輸送管路位于真空室頂部，噴淋器位于真空室內部并與金屬有機源輸送管路相連，冷卻器位于噴淋器下方，氧氣引入機構位于冷卻器下方，襯底通過弧形板安裝在真空室下部，加熱器位于襯底及弧形板下方，襯底與氧氣引入機構之間留有反應氣體輸送空間；氧氣引入機構與襯底之間距離可調；氧氣引入機構包括氧氣入口和進氣通道，氧氣入口與進氣通道相連通，進氣通道上密布有若干噴淋孔；進氣通道采用環狀結構；噴淋孔的氧氣噴射方向與噴淋器的金屬有機源噴射方向平行且相反；在靠近噴淋器一側的氧氣引入機構上設置有隔熱機構。
【IPC分類】C23C16/40, C23C16/455
【公開號】CN205329157
【申請號】CN201521075029
【發明人】陳一民, 章曙東, 樊子銘
【申請人】東北大學
【公開日】2016年6月22日
【申請日】2015年12月21日