一種混合物理化學(xué)氣相沉積法實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種一步法制備多層膜的實(shí)驗(yàn)裝置，具體涉及一種MgBjt瑟夫森結(jié)用的多層膜的制備裝置，屬于應(yīng)用儀器設(shè)備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]混合物理化學(xué)氣相沉積法(HybridPhysical-Chemical Vapor Deposit1n,簡(jiǎn)稱為HPCVD法)實(shí)驗(yàn)裝置經(jīng)過十多年的使用，已被證明是一種適合于制備高質(zhì)量、高性能MgB2超導(dǎo)膜的設(shè)備(Ke Chen et al.，Applied Physics Letters 96, 042506 (2010)) o 例如用之制備出的非銅氧化物單層MgB2超導(dǎo)薄膜的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc可高達(dá)41.5K，載流能力達(dá)到了各種超導(dǎo)材料載流能力中的最高值108A/cm2。無論美國(guó)還是我國(guó)都在用混合物理化學(xué)氣相沉積法實(shí)驗(yàn)裝置制備MgB2超導(dǎo)薄膜和約瑟夫森超導(dǎo)結(jié)用的多層膜(Ke Chen etal., Applied Physics Letters 96，042506 (2010))，但所用的設(shè)備均沒有配有機(jī)械手和用于融化熔點(diǎn)高的材料的加熱部件，例如所需的高于1500°C的高溫加熱絲。這使得美國(guó)和中國(guó)在用混合物理化學(xué)氣相沉積法實(shí)驗(yàn)裝置制備約瑟夫森結(jié)用的多層膜時(shí)不得不采用多步法，在制備過程中多次打開反應(yīng)艙，接觸空氣。這一方面使得實(shí)驗(yàn)手續(xù)繁瑣，操作復(fù)雜，成本高，二則常常使灰塵等雜質(zhì)進(jìn)入膜中，不易制得高質(zhì)量高性能的約瑟夫森結(jié)成品件。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的是解決用混合物理化學(xué)氣相沉積法制備1882超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的過程中必須打開真空反應(yīng)艙更換原料，造成膜的性能下降，從而導(dǎo)致所制備成的約瑟夫森結(jié)的性能急劇降低，甚至實(shí)驗(yàn)失敗，得不到合格的約瑟夫森結(jié)的技術(shù)問題。
[0004]針對(duì)目前存在的上述問題，本實(shí)用新型提出在現(xiàn)有的混合物理化學(xué)氣相沉積法(HPCVD)實(shí)驗(yàn)裝置上增加兩只機(jī)械手裝置(或稱為機(jī)械手助部件)，通過機(jī)械手助部件將在實(shí)驗(yàn)過程中需要更換和添加的原料事先放在反應(yīng)艙中的適當(dāng)位置，當(dāng)需要更換或改變?cè)衔恢脮r(shí)，或需要清理反應(yīng)中生成的廢料時(shí)，發(fā)揮機(jī)械手的作用，從而保證制備多層膜時(shí)不必多次打開處于真空狀態(tài)下的反應(yīng)艙，做到一步完成性能、結(jié)構(gòu)不同的多層膜的制備。進(jìn)一步的，還可以增加一個(gè)額外的加熱部件(或稱為熱助部件)，在需對(duì)多層膜沉積金屬保護(hù)膜等時(shí)，發(fā)揮熱助部件的作用，融化熔點(diǎn)高的材料。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0006]一種混合物理化學(xué)氣相沉積法實(shí)驗(yàn)裝置，包括反應(yīng)艙，以及設(shè)置在反應(yīng)艙中的樣品臺(tái)和對(duì)樣品臺(tái)進(jìn)行加熱的加熱系統(tǒng)，其特征在于，在反應(yīng)艙內(nèi)還設(shè)置了兩個(gè)對(duì)樣品臺(tái)上材料進(jìn)行操作的機(jī)械手。
[0007]上述兩個(gè)機(jī)械手分別設(shè)置在樣品臺(tái)的兩側(cè)；優(yōu)選的，在樣品臺(tái)兩側(cè)，反應(yīng)艙主體桶部的側(cè)面設(shè)置兩個(gè)安裝機(jī)械手的腔室，這兩個(gè)腔室通過法蘭與反應(yīng)艙桶部緊密連接。
[0008]進(jìn)一步的，所述反應(yīng)艙中還設(shè)置了一個(gè)熱助部件，可加熱熔點(diǎn)高的原料形成蒸氣。這個(gè)熱助部件可以是設(shè)置在反應(yīng)艙上部的一個(gè)熱助燈絲，其加熱溫度高達(dá)1500°C以上，可以將金屬絲等高熔點(diǎn)材料繞在熱助燈絲上，然后加熱使高熔點(diǎn)材料熔化形成蒸氣并沉積到樣品臺(tái)上的樣品膜面上。
[0009]通過本實(shí)用新型中所增加的機(jī)械手，可以在反應(yīng)艙處于真空狀態(tài)下，通過機(jī)械手的左右移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在樣品臺(tái)上安放固體原料或移走殘余原料顆粒，方便地制備二硼化鎂超導(dǎo)層/絕緣層/ 二硼化鎂超導(dǎo)層(MgB2/Insulator layer/MgB2)、二硼化鎂超導(dǎo)層/金屬層/ 二硼化鎂超導(dǎo)層(MgB2/Metal layer/MgB2)等多種約瑟夫森結(jié)的多層膜。其中所述絕緣層可以是氮化硼(BN)、氧化鎂(MgO)或三氧化二鋁(Al2O3)等絕緣層。
[0010]本實(shí)用新型為制備二硼化鎂超導(dǎo)層/絕緣層(或金屬層)/ 二硼化鎂超導(dǎo)層更換制備不同膜所需的固體原料，清理制備不同薄膜時(shí)產(chǎn)生的廢棄物，克服了用現(xiàn)有混合物理化學(xué)氣相沉積法裝置制備MgBjt瑟夫森結(jié)所需的三層不同性質(zhì)的膜的過程中必須打開反應(yīng)艙，使膜被空氣所污染的問題，保證一次完成前面提及的制備三層不同性質(zhì)的膜，從而制得所需的高質(zhì)量MgB2約瑟夫森結(jié)。
[0011]圖1是現(xiàn)在混合物理化學(xué)氣相沉積法所用的反應(yīng)艙原理圖，該裝置一次只能鍍一層膜，且每鍍完一次膜必須打開反應(yīng)艙清理鍍膜過程中產(chǎn)生的殘余廢棄物，也就是說鍍好的膜必然會(huì)反復(fù)接觸空氣，使周圍環(huán)境中的塵埃會(huì)落到鍍好的膜面上，污染膜面，輕則影響膜的質(zhì)量，重則毀損膜面。
[0012]圖2是本實(shí)用新型增加了兩只機(jī)械手和一個(gè)高溫加熱配件后的熱助+機(jī)械手助混合物理化學(xué)氣相沉積法所用的反應(yīng)艙原理圖。兩只機(jī)械手可以在保證反應(yīng)艙處于良好真空度的狀態(tài)時(shí)左右移動(dòng)，在實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)原料的更換和殘余雜質(zhì)的清理。熱助部件則可以加熱熔點(diǎn)高的原料形成蒸氣沉積在膜面上，形成所需的膜面或保護(hù)層。通過本實(shí)用新型所提供的機(jī)械手和熱助部件，一步完成了過去需要三次打開反應(yīng)艙才能完成的鍍膜工作，提高了成膜質(zhì)量，節(jié)省了制備三層膜或四層膜的制備時(shí)間和所用設(shè)備，加快了實(shí)際工作的進(jìn)度，降低了不同性質(zhì)的多層膜制備的成本。
【附圖說明】
[0013]圖1.現(xiàn)有混合物理化學(xué)氣相沉積法實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。
[0014]圖2.本發(fā)明的熱助機(jī)械手助混合物理化學(xué)氣相沉法實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中:1_反應(yīng)艙，2_樣品臺(tái)，3_襯底，4_儀顆粒，5、6_機(jī)械手，7_熱助燈絲，8_加熱系統(tǒng)，9-高溫觀測(cè)孔，10-反應(yīng)氣體進(jìn)入孔，11-放氣孔，12-抽氣孔。
【具體實(shí)施方式】
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[0016]下面結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施方案對(duì)本實(shí)用新型的熱助機(jī)械手助混合物理化學(xué)氣相沉法實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，所述實(shí)施方案是為了更好地說明本實(shí)用新型，而不能理解為是對(duì)本實(shí)用新型的權(quán)利要求的限制。
[0017]現(xiàn)有混合物理化學(xué)氣相沉積法實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，在反應(yīng)艙I中設(shè)置有樣品臺(tái)2及其加熱系統(tǒng)，樣品臺(tái)2上放置襯底3和鎂顆粒4，然后封閉反應(yīng)艙1，抽真空，通入反應(yīng)氣體進(jìn)行鍍膜。圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置一次只能鍍一層膜，且每鍍完一次膜必須打開反應(yīng)艙I清理鍍膜過程中產(chǎn)生的殘余廢棄物，也就是說鍍好的膜必然接觸空氣，周圍環(huán)境中的塵埃會(huì)落到鍍好的膜面上，污染膜面，輕則影響膜的質(zhì)量，重則毀損膜面。
[0018]圖2所示的是本實(shí)用新型的機(jī)械手助混合物理化學(xué)氣相沉法