[实用新型]一种基于MOCVD技术制备REBCO超导材料的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于REBCO超导材料制备技术领域，特别是涉及一种基于MOCVD技术制备 REBCO超导材料的装置。

背景技术

金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)是具有高沉积速率以及可大面积沉积薄膜的优点， 其是制备高质量REBCO(RE即RareEarth，代表Y、Sm、Gd及其他稀有金属元素)高温超导 材料的首选工艺之一。

MOCVD技术需要用重金属有机源，以M(TMHD)_X(M＝RE、Ba、Cu等)为代表，通常采用 单一溶液源的方法，即将全部的M(TMHD)_X有机源按比例溶于THF(四氢呋喃)一类的有机 溶剂中，再将溶液同时注入蒸发器内蒸成为重金属有机反应物，通过输送管路径由喷淋器 (Showerhead)喷射至真空室沉积区域。

一方面，在重金属有机反应物到达沉积区域之前，必须有效充分的与反应气体氧气(O₂) 混合，才能保证在衬底上高效均匀的沉积出超导薄膜，这就需要尽量使重金属有机反应物与 氧气提前混合充分。

另一方面，一旦重金属有机反应物与氧气混合后，在一定的温度下极易发生反应，为了 能够将重金属有机反应物与氧气的反应控制在衬底表面，就需要尽量使金属有机反应物与氧 气在靠近衬底表面时混合。

现有的涉及重金属有机源的工艺设计中，多采用在喷淋器前的输送管路中引入氧气，使 氧气提前与重金属有机反应物均匀混合，从而实现在衬底表面实现高效均匀成膜的目的。但 是，该工艺设计仍然存在以下缺点，即需要严格控制氧气引入区域(包括喷淋器及喷淋器前 的输送管路)的温度及温度均匀性，如果喷淋器温度偏高或温度不均匀，会导致重金属有机 反应物与氧气在喷淋器中提前反应，一方面会影响到达到衬底表面反应物的成分，使REBCO 膜层成分难以控制；另一方面，在引入氧气后的输送管路及喷淋器中，重金属有机源容易与 氧气发生反应而造成输送管路的堵塞，因此需要定期维护并及时清理堵塞物，这会严重影响 REBCO超导材料的生产效率，也会降低工艺稳定性及可靠性。

现有的涉及III-V、II-VI金属有机源的工艺设计中，多采用单独的氧气输送管路直接在 衬底表面附近引入氧气，氧气在衬底表面与金属有机源混合并反应成膜。但是，该工艺设计 在应用于REBCO超导材料制备时，仍然存在以下缺点，即重金属有机源与氧气混合不均匀， 并导致反应不充分，从而会影响沉积速率和成膜质量。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种基于MOCVD技术制备REBCO超导材料的 装置，能够使重金属有机反应物与高温氧气在喷淋器下方的反应气体输送空间内充分均匀混 合，彻底解决了重金属有机反应物与氧气在喷淋器及输送管路中提前反应的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种基于MOCVD技术制备REBCO超 导材料的装置，包括真空室、金属有机源输送管路、喷淋器、冷却器、衬底、加热器及氧气 引入机构，所述金属有机源输送管路位于真空室顶部，所述喷淋器位于真空室内部并与金属 有机源输送管路相连，所述冷却器位于喷淋器下方，所述氧气引入机构位于冷却器下方，所 述衬底通过弧形板安装在真空室下部，所述加热器位于衬底及弧形板下方，在衬底与氧气引 入机构之间留有反应气体输送空间。

所述氧气引入机构与衬底之间的距离采用可调方式。

所述氧气引入机构包括氧气入口和进气通道，所述氧气入口与进气通道相连通，在所述 进气通道上密布有若干喷淋孔。

所述进气通道采用环状结构。

所述喷淋孔的氧气喷射方向与喷淋器的金属有机源喷射方向平行且相反。

在靠近所述喷淋器一侧的氧气引入机构上设置有隔热机构。

本实用新型的有益效果：

本实用新型通过在喷淋器下方增加氧气引入机构，在保证重金属有机反应物与氧气混合 均匀的同时，彻底解决了重金属有机反应物与氧气在喷淋器及输送管路中提前反应的问题， 有利于REBCO膜层成分的精确控制和均匀控制，同时也避免了在喷淋器及输送管路中沉积膜 层，大大降低了维护频率，大幅度提高了REBCO超导材料的生产效率和工艺可靠性。