[实用新型]一种混合物理化学气相沉积装置

说明书

本实用新型公开了一种混合物理化学气相沉积装置，用于在曲面衬底上生长MgB₂厚膜。其包括反应舱，在反应舱外围设有感应加热线圈，内部设有样品台和样品衬底，其特征在于，所述样品台位于反应舱底部，由圆环部分和位于圆环中心的用于放置固体样品源的孤岛组成，且圆环部分的外缘凸起；所述样品衬底为圆筒形，垂直放置在样品台的圆环部分上；反应舱的顶部设有用于通入反应气体进气口。该装置改变了反应舱内的气流方向，使得在曲面衬底上生长MgB₂厚膜的操作更加简单有效。

技术领域

本实用新型涉及混合物理化学气相沉积(HPCVD)装置，具体涉及一种使用混合物理化学气相沉积方法制备MgB₂超导厚膜的装置。

背景技术

MgB₂薄膜在超导磁体及超导电子器件方面具有广泛的应用前景，混合物理化学气相沉积法可以在不同的衬底上生长MgB₂超导厚膜。现有的混合物理化学气相沉积法装置通常使用在生长平面MgB₂厚膜上，即将样品台悬挂在石英管反应舱中，所要生长的样品衬底(如Al₂O₃)水平放置于样品台上，在衬底周围放置总重量3-4g的若干镁块；在反应舱上方通入纯度为99.9999％的高纯氢气作为背景气体，以及乙硼烷与氢气的混合气体(乙硼烷浓度为25％或75％)作为硼源，在外部电磁感应加热器的加热条件下，在反应数十分钟，镁颗粒向上运动，与向下运动的气流中的气体充分反应，在衬底上表面生长出MgB₂厚膜。

在现有的混合物理化学气相沉积装置中，由于反应气体和镁颗粒主要在衬底平面，即平行于样品台的表面反应，而无法在垂直于样品台的表面生长，不能够满足在曲面上生长MgB₂的要求。

实用新型内容

针对目前现有技术中存在的不能够在立体表面上生长MgB₂厚膜的问题，本实用新型提供了一种可以通过改变气体流动方向，形成不同气流路径的混合物理化学气相沉积(HPCVD)装置，能够在曲面衬底上生长MgB₂厚膜。

本实用新型的技术方案如下：

一种混合物理化学气相沉积装置，包括反应舱，在反应舱外围设有感应加热线圈，在反应舱内设有样品台和样品衬底，其特征在于，所述样品台位于反应舱底部，由圆环部分和位于圆环中心的用于放置固体样品源的孤岛组成，且圆环部分的外缘凸起；所述样品衬底为圆筒形，垂直放置在样品台的圆环部分上；反应舱的顶部设有用于通入反应气体进气口。

上述混合物理化学气相沉积装置中，所述反应舱的舱壁为绝缘体，通常选择石英管作为反应舱。

进一步的，上述混合物理化学气相沉积装置中的样品台优选导热良好的材料制成，例如钼、石墨等热导率高且热膨胀系数低的材料。在制备MgB₂厚膜时，样品台的中心孤岛用于承载Mg块，而外围的圆环部分用于支撑圆筒形样品衬底。

圆筒形样品衬底的材料可以是不锈钢，或者铜、铌等其他延展性好并可进行感应式加热的金属材料。一般的，样品衬底的圆筒外径在20mm～50mm范围内，厚度0.1mm～1mm。

上述感应加热线圈的功率优选为600W～700W，温度可达550℃～720℃。

使用本实用新型的混合物理化学气相沉积装置制备MgB₂厚膜时，将圆筒形样品衬底垂直放置于样品台上后，Mg块放置在样品台的中心孤岛上，通过进气口通入氢气和乙硼烷，开启感应加热线圈，使乙硼烷气体与镁蒸汽在圆筒形样品衬底的侧边内表面上充分反应，在600～700℃左右均匀生长。

本实用新型具有几点较好的技术效果：

1、不同的气体形式