一種混合物理化學氣相沉積法實驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種一步法制備多層膜的實驗裝置，具體涉及一種MgBjt瑟夫森結用的多層膜的制備裝置，屬于應用儀器設備領域。
【背景技術】
[0002]混合物理化學氣相沉積法(HybridPhysical-Chemical Vapor Deposit1n,簡稱為HPCVD法)實驗裝置經過十多年的使用，已被證明是一種適合于制備高質量、高性能MgB2超導膜的設備(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超導薄膜的超導轉變溫度Tc可高達41.5K，載流能力達到了各種超導材料載流能力中的最高值108A/cm2。無論美國還是我國都在用混合物理化學氣相沉積法實驗裝置制備MgB2超導薄膜和約瑟夫森超導結用的多層膜(Ke Chen etal., Applied Physics Letters 96，042506 (2010))，但所用的設備均沒有配有機械手和用于融化熔點高的材料的加熱部件，例如所需的高于1500°C的高溫加熱絲。這使得美國和中國在用混合物理化學氣相沉積法實驗裝置制備約瑟夫森結用的多層膜時不得不采用多步法，在制備過程中多次打開反應艙，接觸空氣。這一方面使得實驗手續繁瑣，操作復雜，成本高，二則常常使灰塵等雜質進入膜中，不易制得高質量高性能的約瑟夫森結成品件。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的是解決用混合物理化學氣相沉積法制備1882超導約瑟夫森結的過程中必須打開真空反應艙更換原料，造成膜的性能下降，從而導致所制備成的約瑟夫森結的性能急劇降低，甚至實驗失敗，得不到合格的約瑟夫森結的技術問題。
[0004]針對目前存在的上述問題，本實用新型提出在現有的混合物理化學氣相沉積法(HPCVD)實驗裝置上增加兩只機械手裝置(或稱為機械手助部件)，通過機械手助部件將在實驗過程中需要更換和添加的原料事先放在反應艙中的適當位置，當需要更換或改變原料位置時，或需要清理反應中生成的廢料時，發揮機械手的作用，從而保證制備多層膜時不必多次打開處于真空狀態下的反應艙，做到一步完成性能、結構不同的多層膜的制備。進一步的，還可以增加一個額外的加熱部件(或稱為熱助部件)，在需對多層膜沉積金屬保護膜等時，發揮熱助部件的作用，融化熔點高的材料。
[0005]本實用新型的技術方案如下:
[0006]一種混合物理化學氣相沉積法實驗裝置，包括反應艙，以及設置在反應艙中的樣品臺和對樣品臺進行加熱的加熱系統，其特征在于，在反應艙內還設置了兩個對樣品臺上材料進行操作的機械手。
[0007]上述兩個機械手分別設置在樣品臺的兩側；優選的，在樣品臺兩側，反應艙主體桶部的側面設置兩個安裝機械手的腔室，這兩個腔室通過法蘭與反應艙桶部緊密連接。
[0008]進一步的，所述反應艙中還設置了一個熱助部件，可加熱熔點高的原料形成蒸氣。這個熱助部件可以是設置在反應艙上部的一個熱助燈絲，其加熱溫度高達1500°C以上，可以將金屬絲等高熔點材料繞在熱助燈絲上，然后加熱使高熔點材料熔化形成蒸氣并沉積到樣品臺上的樣品膜面上。
[0009]通過本實用新型中所增加的機械手，可以在反應艙處于真空狀態下，通過機械手的左右移動，實現在樣品臺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層/絕緣層/ 二硼化鎂超導層(MgB2/Insulator layer/MgB2)、二硼化鎂超導層/金屬層/ 二硼化鎂超導層(MgB2/Metal layer/MgB2)等多種約瑟夫森結的多層膜。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]本實用新型為制備二硼化鎂超導層/絕緣層(或金屬層)/ 二硼化鎂超導層更換制備不同膜所需的固體原料，清理制備不同薄膜時產生的廢棄物，克服了用現有混合物理化學氣相沉積法裝置制備MgBjt瑟夫森結所需的三層不同性質的膜的過程中必須打開反應艙，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的膜，從而制得所需的高質量MgB2約瑟夫森結。
[0011]圖1是現在混合物理化學氣相沉積法所用的反應艙原理圖，該裝置一次只能鍍一層膜，且每鍍完一次膜必須打開反應艙清理鍍膜過程中產生的殘余廢棄物，也就是說鍍好的膜必然會反復接觸空氣，使周圍環境中的塵埃會落到鍍好的膜面上，污染膜面，輕則影響膜的質量，重則毀損膜面。
[0012]圖2是本實用新型增加了兩只機械手和一個高溫加熱配件后的熱助+機械手助混合物理化學氣相沉積法所用的反應艙原理圖。兩只機械手可以在保證反應艙處于良好真空度的狀態時左右移動，在實驗過程中實現實驗原料的更換和殘余雜質的清理。熱助部件則可以加熱熔點高的原料形成蒸氣沉積在膜面上，形成所需的膜面或保護層。通過本實用新型所提供的機械手和熱助部件，一步完成了過去需要三次打開反應艙才能完成的鍍膜工作，提高了成膜質量，節省了制備三層膜或四層膜的制備時間和所用設備，加快了實際工作的進度，降低了不同性質的多層膜制備的成本。
【附圖說明】
[0013]圖1.現有混合物理化學氣相沉積法實驗裝置示意圖。
[0014]圖2.本發明的熱助機械手助混合物理化學氣相沉法實驗裝置結構示意圖。
[0015]圖中:1_反應艙，2_樣品臺，3_襯底，4_儀顆粒，5、6_機械手，7_熱助燈絲，8_加熱系統，9-高溫觀測孔，10-反應氣體進入孔，11-放氣孔，12-抽氣孔。
【具體實施方式】
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[0016]下面結合附圖，通過具體實施方案對本實用新型的熱助機械手助混合物理化學氣相沉法實驗裝置實驗裝置進行詳細說明。本領域的技術人員應該明白，所述實施方案是為了更好地說明本實用新型，而不能理解為是對本實用新型的權利要求的限制。
[0017]現有混合物理化學氣相沉積法實驗裝置如圖1所示，在反應艙I中設置有樣品臺2及其加熱系統，樣品臺2上放置襯底3和鎂顆粒4，然后封閉反應艙1，抽真空，通入反應氣體進行鍍膜。圖1所示的實驗裝置一次只能鍍一層膜，且每鍍完一次膜必須打開反應艙I清理鍍膜過程中產生的殘余廢棄物，也就是說鍍好的膜必然接觸空氣，周圍環境中的塵埃會落到鍍好的膜面上，污染膜面，輕則影響膜的質量，重則毀損膜面。
[0018]圖2所示的是本實用新型的機械手助混合物理化學氣相沉法