[發(fā)明專利]一種基于中頻濺射制備同質(zhì)外延雙面MgO薄膜的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810994465.1
• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN109023276A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶伯萬;茍繼濤;趙睿鵬;徐一鱺;陳然;賀冠園
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/08
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

本發(fā)明屬于薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及在兩面同時(shí)鍍有IBAD(離子束輔助沉積)?MgO/SDP?Y₂O₃的哈氏合金柔性基帶上兩面同時(shí)制備同質(zhì)外延MgO薄膜，具體為一種基于中頻(MF)磁控反應(yīng)濺射制備雙面同時(shí)同質(zhì)外延MgO薄膜。本發(fā)明采用氣體分散管內(nèi)對稱結(jié)構(gòu)的通氣孔，均勻的分散混合氣體，從而解決中頻磁控反應(yīng)濺射制備的薄膜結(jié)構(gòu)不均勻的問題；通氣孔的單向設(shè)計(jì)還使得靶材表面不直接接觸氧氣以避免金屬靶被氧化，此種進(jìn)氣方式提高了濺射效率，有利于保證兩面同時(shí)生長的MgO薄膜的均勻性和一致性。相比采用傳統(tǒng)高成本工藝復(fù)雜物理氣相沉積(PVD)方法，中頻自外延MgO節(jié)約緩沖層成本，提高超導(dǎo)帶材性價(jià)比，且沉積速率高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及在鍍有IBAD(離子束輔助沉積)-MgO/SDP(溶液沉積平坦化)-Y₂O₃的金屬柔性基帶上兩面同時(shí)制備同質(zhì)外延MgO薄膜，具體為一種基于中頻(MF)磁控反應(yīng)濺射制備雙面同質(zhì)外延MgO薄膜。

背景技術(shù)

YBa₂Cu₃O_7-x(YBCO)帶材具有載流水平高、不可逆場高、磁場下超導(dǎo)性能好、成本較低等優(yōu)勢，市場潛力巨大。YBCO超導(dǎo)涂層具備優(yōu)越的臨界電流密度Jc的前提之一是具有優(yōu)良的織構(gòu)取向，所以為其生長所提供的緩沖層襯底必須同樣具備良好的織構(gòu)取向。那么首要關(guān)注和克服的問題就是如何獲取較好雙軸織構(gòu)的襯底，繼而為YBCO薄膜提供高質(zhì)量模板以保證其獲得較高的性能。而其中，雙軸織構(gòu)MgO緩沖層是為高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體提供高質(zhì)量模板的重要組成部分之一。

目前高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體的MgO緩沖層主流制備流程為：先利用離子束輔助沉積法(IBAD)在基帶上沉積一層厚度為8～12nm的雙軸織構(gòu)MgO薄膜，然后通過電子束蒸發(fā)的方法同質(zhì)外延一層更厚的MgO薄膜(100nm左右)，實(shí)現(xiàn)薄膜中晶粒取向的優(yōu)化。但是電子束蒸發(fā)的缺點(diǎn)是所需時(shí)間較長，且電子束的絕大部分能量要被坩堝帶走，因而其熱效率低；另外過高的加熱功率也會(huì)對整個(gè)薄膜沉積系統(tǒng)形成較強(qiáng)的熱輻射，且制備出的薄膜結(jié)構(gòu)和形貌不夠理想(均方根粗糙度大于3nm)。

中頻磁控反應(yīng)濺射相比電子束蒸發(fā)生長效率更高，但是中頻(MF)磁控反應(yīng)濺射由于在濺射生長薄膜時(shí)的沉積速率較快，對反應(yīng)腔體中的氣流場分布較嚴(yán)格，若氣流場分布不均，則導(dǎo)致薄膜不能連續(xù)生長，不能保證薄膜的表面均一性。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述存在的問題，為了解決電子束蒸發(fā)法制備MgO同質(zhì)外延過程中的不足，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品性價(jià)比，優(yōu)化薄膜表面形貌。本發(fā)明提供了一種基于中頻濺射制備同質(zhì)外延雙面MgO薄膜的方法，采用中頻(MF)磁控反應(yīng)濺射代替電子束蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)MgO薄膜兩面同時(shí)自外延生長。

技術(shù)方案如下：

步驟1、將待鍍膜的哈氏合金柔性基帶依次經(jīng)第一卷繞盤、氣體分散管和第二卷繞盤安裝，通過步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)第一卷繞盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)哈氏合金柔性基帶勻速移動(dòng)；哈氏合金柔性基帶兩面同時(shí)涂覆有IBAD-MgO/SDP-Y₂O₃。

氣體分散管置于對靶中間的物理中心位置；氣體分散管的內(nèi)部腔體沿基帶運(yùn)動(dòng)方向設(shè)置4條單向通氣孔組，4條單向通氣孔組構(gòu)成以哈氏合金柔性基帶為物理中心的空間結(jié)構(gòu)；各條單向通氣孔組上設(shè)置的通氣孔均以相同角度面向哈氏合金柔性基帶，且設(shè)置的通氣孔數(shù)量一致、孔徑相同。使得從通氣孔中噴出的混合氣體能均勻分散在基帶的兩面，形成對稱均勻的氣流場，從而沉積得到的薄膜均勻致密；而通氣孔單向面對哈氏合金柔性基帶，背對金屬靶材的特點(diǎn)，可以保護(hù)金屬鎂靶附近氧濃度低不易被氧化，而基帶附近氧濃度高，保證高效率地生長雙面MgO薄膜。待鍍膜的哈氏合金柔性基帶從對靶中間的物理中心區(qū)域通過。

步驟2、將金屬鎂靶分別安置在對靶上，對靶分別外接中頻電源的兩極，再對整個(gè)設(shè)備進(jìn)行抽真空處理至1.0×10^-3Pa以下，然后對哈氏合金柔性基帶進(jìn)行加熱；