[發(fā)明專利]用于涂覆基底的裝置、方法和系統(tǒng)以及超導(dǎo)的帶狀導(dǎo)體

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010878315.1
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112442664A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬治·西格爾
• 申請（專利權(quán)）人: 澤瓦薄膜技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: C23C14/26
• 分類號: C23C14/26;C23C14/20;C23C14/30;C23C14/56
• 代理公司: 北京東方億思知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11258
• 代理人: 柳春雷

本發(fā)明涉及用于涂覆基底的裝置、方法和系統(tǒng)以及超導(dǎo)的帶狀導(dǎo)體。該方法包括步驟：產(chǎn)生在氣相中的金屬材料，將氣態(tài)的金屬材料導(dǎo)入到擴(kuò)張空間中，其中，擴(kuò)張空間設(shè)置成使氣態(tài)的金屬材料擴(kuò)張并且指向基底，并且將金屬材料沉積在基底的表面的至少一部分上。經(jīng)涂覆的超導(dǎo)的帶狀導(dǎo)體，包括：至少一個超導(dǎo)層，至少一個金屬涂層，金屬涂層沉積在帶狀導(dǎo)體上，其中，金屬涂層的厚度為至少1μm并且在經(jīng)涂覆的帶狀導(dǎo)體的寬度上的變化不大于10％、優(yōu)選不大于5％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于以金屬涂覆基底、尤其熱敏的薄基底的方法和裝置，基底例如為薄膜、用于電子設(shè)備和高溫超導(dǎo)體(HTS)帶狀導(dǎo)體的帶。尤其應(yīng)為質(zhì)密的、導(dǎo)電性能良好的金屬層，例如由如金、銀、銅、錫及其合金(例如青銅)的貴金屬以高沉積速率和高的料效率沉積到這種基底上。

背景技術(shù)

由現(xiàn)有技術(shù)已知不同的用于沉積金屬的保護(hù)層或接觸層的方法。在金屬基底中通常使用電鍍沉積，因?yàn)樵诖私饘倏蛇x擇地沉積在基底表面上并且由此可確保高的材料效率。

對于厚的金屬層通常也使用所謂的等離子噴涂或借助金屬納米顆粒的絲網(wǎng)印刷泥漿。等離子或顆粒噴涂通常在大氣壓下進(jìn)行。為了實(shí)現(xiàn)定向效果，在此有時也借助噴嘴作業(yè)。在噴涂冷顆粒的情況下，WO 2008074064 A1提出使用噴嘴，從而以高的動能將通過工藝氣體攜帶的粉末顆粒對準(zhǔn)到基底上。該應(yīng)用限于工藝氣體的高的氣體壓強(qiáng)，因?yàn)楣に嚉怏w必須通過沖擊使攜帶的粉末顆粒加速。

對于薄層通常使用PVD(物理氣相沉積)技術(shù)，例如在高真空中從加熱的船形器皿或坩堝中濺射或氣相沉積。由此可制造非常質(zhì)密的、平滑的金屬層，但是該金屬層通常僅具有非常小的厚度。

在此為了確保充分的散熱，例如可使薄膜基底在涂覆區(qū)域中行經(jīng)冷卻的輥?zhàn)硬⑶沂篃崃肯蚝髮?dǎo)出。這種裝置例如在US 7,871,667中描述。但是這具有的缺點(diǎn)是，在涂覆區(qū)域中由于圓弧出現(xiàn)入射角的顯著變化，這可能局部地導(dǎo)致涂層的遮蔽效應(yīng)和柱狀生長。

但是所有這些方法都具有其他的特殊缺點(diǎn)，尤其在基底對腐蝕性的化學(xué)物質(zhì)和/或高溫敏感的情況下。由此在電鍍中大多使用腐蝕性的電解質(zhì)(強(qiáng)酸或氰化物)，其會侵蝕敏感的基底類型或涂層。此外，基底表面必須處處具有良好的導(dǎo)電性，由此均勻地進(jìn)行沉積。在此，在基底的角部和棱邊處，由于場強(qiáng)過高幾乎不可避免地導(dǎo)致增厚，即所謂的狗骨頭效應(yīng)(Hundeknochen-Effek)，從而涂層尤其在薄基底情況下在棱邊處不均勻。因此這種涂覆不均勻的基底可能不適用于如緊密包裹的磁線圈的應(yīng)用。

此外，在電解期間氫氣被釋放并且嵌入在金屬中，這會(例如通過氫脆化)改變材料特性(例如銅)。此外，尤其在已經(jīng)支承其他功能層的薄膜狀或帶狀的基底、例如HTS帶狀導(dǎo)體的情況下，存在液體積聚在凹口或空腔中的風(fēng)險(xiǎn)。這在釬焊時會導(dǎo)致腐蝕或形成氣泡(所謂的充氣)。

等離子噴涂局部地產(chǎn)生高的熱量輸入并且導(dǎo)致多孔的涂層，因此不允許使用敏感的基底。絲網(wǎng)印刷泥漿和墨水在涂布之后必須經(jīng)受熱處理，以去除有機(jī)溶劑并且因此具有高的孔密度。由此難以實(shí)現(xiàn)基底的一致的或均勻的外表面并且在棱邊處的附著是有問題的。

也可以施加厚的金屬層的濕式化學(xué)涂覆方法或等離子噴涂或顆粒噴濺方法始終提供具有高孔隙率和表面粗糙度的涂層，因?yàn)榇颂幋嬖诘慕饘兕w粒被一起烘烤。由此顆粒直徑也確定空隙的尺寸和表面特性。

相對地，PVD方法在幾個nm/s的低沉積率以及＜100℃的基底溫度下提供非常均勻、平滑且緊密的涂層。但是在濺射時，基底非常靠近等離子體并且高能量的離子導(dǎo)致高的熱量輸入。在濺射時，除金屬原子和離子外還可釋放金屬碎片群。由此金屬層比在蒸發(fā)源距離基底很遠(yuǎn)的蒸發(fā)情況下更粗糙地增長，并且金屬原子以熱速度撞擊。

但是在涂覆速率低時，PVD方法對于制造大于1μm-3μm的較厚的金屬層來說通常是不經(jīng)濟(jì)的。