专利名称：用于真空镀膜工艺的光束共蒸发专用装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到高温超导膜的制膜设备，特别是涉及采用光束共蒸发工艺制备大面积高温超导钇钡铜氧(YBa2Cu3O7-δ)厚膜用的设备。
背景技术：
目前，制备大面积高温超导厚膜的主要困难是沉积速率慢，费用高，随着膜面积变大难度迅速增加。常用制备大面积高温超导膜的方法是脉冲激光沉积法(以下简称PLD)，溅射法，电子束共蒸发等。PLD方法能生长出超导性能优良的高温超导薄膜，但它的生长速度会随膜层面积增加增厚而变缓慢，制备难度亦随之迅速增加。此外，PLD法还需要昂贵的大功率准分子激光器，而且用激光加热靶会产生小颗粒(particle)，影响膜的质量。如文献1Double-sided YBa2Cu3O7-δthin films madeby off-axis pulsed laser deposition，supercond.Sci.Technol.14，543-547，2001中所介绍的。采用溅射方法制备大面积YBa2Cu3O7-δ膜，如文献2Uniform depositionof YBa2Cu3O7-δthinfilms over an 8 inch diameter area by a 90°off-axis sputteringtechnique，Appl.Phys.Lett.69(25)3911，1996中所介绍的，该方法易形成反溅射，使YBa2Cu3O7-δ膜的质量下降，而且制备速度比PLD方法还慢得多。另外，各元素的蒸发速率不一样，使膜的成分发生偏离。电子束共蒸发制备大面积高温超导膜，如文献3Properties of thin and ultra-thin YBCO films grown by a Co-evaporationtechnique，Journal of Alloys and Compounds 251，156-160，1997中所述，该方法的电子枪，热源等都需要超高真空，而生长高温超导膜又需要氧气，同时电子枪设备必须用高电压，这些造成该方法的设备复杂，费用昂贵。另外，该方法一般需要后退火处理，不适合制备高温超导厚膜。因此，经实践证明以上方法都不是生长大面积高温超导厚膜的理想方法。
发明内容
本实用新型的目的之一在于克服PLD方法虽能生长出性能优良的高温超导薄膜，但它的生长速度会随膜层面积增加而变的缓慢，而且制备难度随膜层面积变大和变厚而迅速增加的缺点；目的之二还在于克服溅射法制备速度慢，并且制膜过程中容易形成反溅射，使膜的质量下降以及各元素的蒸发速率不一样，使膜的成分发生偏离的缺点；目的之三还要克服电子束共蒸发方法制备仪器的复杂和电子枪需要超高真空而高温超导膜需要氧气的矛盾，克服其需要后退火的缺点。为了制备高温超导膜的面积达到5mm-200mm的尺寸范围内，同时又实现膜厚到800nm-20μm，从而提供一种采用光束共蒸发制备大面积高温超导厚膜的设备和方法；目的之四还在于克服已有的制备方法中还需要使用昂贵的大功率准分子激光器，大大地提高了成本的缺点；从而提供一种用于真空镀膜工艺的光束共蒸发专用装置。
本实用新型的目的是这样实现的本实用新型提供的一种用于真空镀膜工艺的光束共蒸发专用装置，包括光源；其特征在于还包括一凹面镜、凸透镜；其中光源放在一凹面镜、凸透镜之间，并处在凹面镜的焦点上；凸透镜的焦点在靶面上；光源和凹面镜放在凸透镜的2倍焦距之外，该聚焦系统安装在真空室外；光源与凸透镜之间的光束经过凸透镜后聚焦在凸透镜的焦点上(靶面上)，光源与凹面镜之间的光束经凹面镜反射，再经凸透镜成像在凸透镜的1倍2倍焦距之间，所形成的光斑落在靶面上，所有光束通过真空室的观察窗入射到真空室内的靶面上。真空室内安装有几个靶，就可以安装有几个聚焦系统。
所述的光源采用大功率激光器或者卤素灯。
所述的透镜和凹面镜的焦距根据实验仪器的实际情况选择。
本实用新型提供的用于真空镀膜工艺的光束共蒸发专用装置进行共蒸发制备大面积高温厚膜的方法，包括采用靶加热器加热靶，当靶的温度高于靶材的升华点，靶材被蒸发；还包括一采用大功率激光器或者卤素灯做光源，光源输出光经过凹面镜和凸透镜组成的聚焦系统，把光束聚焦在靶面上，使得靶表面的温度易于达到靶材的升华点。
本实用新型的优点本实用新型的用于真空镀膜工艺的光束共蒸发专用装置，由于采用大功率激光器或者卤素灯做光源，光经过凹面镜和凸透镜聚焦系统，使得靶表面的温度容易达到实验的要求(1000-3000℃)，因此蒸发的速率高。在通过靶加热器加热靶，靶的温度以及靶与基片的距离很容易控制蒸发速率和膜层的正确的原子比。因此，采用共蒸发的方法所生长大面积YBa2Cu3O7-δ膜的厚度迅速增长，并且膜的厚度和组分容易控制。膜的尺寸也不受限制，可以实现原位退火；该方法设备采用的光源是大功率激光器或者卤素灯，费用低。本设备是在原有的一般真空系统上增加光束聚焦系统，而光束聚焦系统又采用凸透镜和凹面镜，设备简单。在聚光系统中，光源放置在凹面镜焦点上，将光源和凹面镜放在凸透镜的2倍焦距外。这样，光源发出的光经过凹面镜反射后经凸透镜成像在靶面上，辅助加热靶面，避免羽辉中产生小的颗粒(particle)，利用此技术所生长的厚膜质地均匀致密，性能优良，符合应用的需要。综上所述，本方法简单易行，本设备造价低廉，特别适合大规模生产。
图1是本实用新型的用于真空镀膜工艺的光束共蒸发专用装置结构示意图图2是本实用新型的用于真空镀膜工艺的光束共蒸发专用装置安装在真空室外的示意图本专用装置的主要特征在于包括一凹面镜10、凸透镜4和光源3；其中光源3放在一凹面镜10、凸透镜4之间，并处在凹面镜10的焦点上，凸透镜4的焦点在靶面上；光源3和凹面镜10放在凸透镜的2倍焦距之外；光源3与凸透镜4之间的光束经过凸透镜4后聚焦在凸透镜4的焦点上(即靶面上)，光源3与凹面镜1之间的光束经凹面镜10反射，再经凸透镜4成像在凸透镜的1倍2倍焦距之间，所形成的光斑11落在靶面上，所有光束9通过真空室的观察窗5入射到真空室内的靶1面上，用光束加热靶，使制备膜所需要的各成分共同蒸发到基片8上。真空室内安装有3个靶1，所以安装有3个聚焦用的专用装置6。
本实施例的真空室即薄膜生长室，其上有Φ100的观察窗5作为激光入射窗、基片加热器7、普通气体和活性气体引入口，热偶及引入引出电极六对。为工作方便，在真空室的顶端和前方装有两个Φ200法兰的可开闭活门，两个活门均可用金属铜垫或氟橡胶O圈两种密封结构。室内配有3套靶组件，靶1与基片加热器7的相对位置要满足制膜的要求，角度小于30度。该真空系统配有8升机械泵和500升涡沦分子泵，本底真空度1×10-5Pa。在真空室上装有气压表，真空度由FZh-2K型复合真空计检测。有两路抽气通道，需要真空或低气压流动镀膜时，同时启动机械泵和分子泵。需低真空或高气压流动镀膜时，仅启动泵，此时流动气体不经过分子泵，对分子泵有一定的保护作用。其余与通常的镀膜设备一样。
所述的光源3采用大功率激光器或者卤素灯。
权利要求1.一种用于真空镀膜工艺的光束共蒸发专用装置，包括光源；其特征在于还包括一凹面镜、凸透镜；其中光源放在一凹面镜、凸透镜之间，并处在凹面镜的焦点上；凸透镜的焦点在靶面上；光源和凹面镜放在凸透镜的2倍焦距之外，该聚光装置安装在真空室外；光束通过真空室的观察窗入射到真空室内的靶面上。
2.按权利要求1所述的采用光束共蒸发技术用的聚光装置，其特征在于真空室内安装有几个靶，相应安装有几个聚光装置。
3.按权利要求1所述的采用光束共蒸发技术用的聚光装置，其特征在于光源采用大功率激光器或者卤素灯。
专利摘要本实用新型涉及用于真空镀膜工艺的光束共蒸发专用装置。该装置包括光源；其特征在于还包括一凹面镜、凸透镜；其中光源放在一凹面镜、凸透镜之间，并处在凹面镜的焦点上；凸透镜的焦点在靶面上；光源和凹面镜放在凸透镜的2倍焦距之外，该聚焦系统安装在真空室外；光束通过真空室的观察窗入射到真空室内的靶面上。真空室内安装有几个靶，就可以安装有几个聚焦系统。光源输出光经过凹面镜和凸透镜组成的聚焦系统，把光束聚焦在靶面上，使得靶表面的温度易于达到靶材的升华点。采用该装置制备的厚膜超导性能优良、质地均匀、致密、适合工业化应用。
文档编号H01L39/24GK2546457SQ0224053
公开日2003年4月23日 申请日期2002年6月14日 优先权日2002年6月14日
发明者朱亚彬, 周岳亮, 王淑芳, 许加迪, 陈正豪, 吕惠宾, 杨国桢 申请人:中国科学院物理研究所