[发明专利]一种基于中频溅射制备同质外延双面MgO薄膜的方法

说明书

本发明属于薄膜制备技术领域，涉及在两面同时镀有IBAD(离子束辅助沉积)‑MgO/SDP‑Y₂O₃的哈氏合金柔性基带上两面同时制备同质外延MgO薄膜，具体为一种基于中频(MF)磁控反应溅射制备双面同时同质外延MgO薄膜。本发明采用气体分散管内对称结构的通气孔，均匀的分散混合气体，从而解决中频磁控反应溅射制备的薄膜结构不均匀的问题；通气孔的单向设计还使得靶材表面不直接接触氧气以避免金属靶被氧化，此种进气方式提高了溅射效率，有利于保证两面同时生长的MgO薄膜的均匀性和一致性。相比采用传统高成本工艺复杂物理气相沉积(PVD)方法，中频自外延MgO节约缓冲层成本，提高超导带材性价比，且沉积速率高。

技术领域

本发明属于薄膜制备技术领域，涉及在镀有IBAD(离子束辅助沉积)-MgO/SDP(溶液沉积平坦化)-Y₂O₃的金属柔性基带上两面同时制备同质外延MgO薄膜，具体为一种基于中频(MF)磁控反应溅射制备双面同质外延MgO薄膜。

背景技术

YBa₂Cu₃O_7-x(YBCO)带材具有载流水平高、不可逆场高、磁场下超导性能好、成本较低等优势，市场潜力巨大。YBCO超导涂层具备优越的临界电流密度Jc的前提之一是具有优良的织构取向，所以为其生长所提供的缓冲层衬底必须同样具备良好的织构取向。那么首要关注和克服的问题就是如何获取较好双轴织构的衬底，继而为YBCO薄膜提供高质量模板以保证其获得较高的性能。而其中，双轴织构MgO缓冲层是为高温超导涂层导体提供高质量模板的重要组成部分之一。

目前高温超导涂层导体的MgO缓冲层主流制备流程为：先利用离子束辅助沉积法(IBAD)在基带上沉积一层厚度为8～12nm的双轴织构MgO薄膜，然后通过电子束蒸发的方法同质外延一层更厚的MgO薄膜(100nm左右)，实现薄膜中晶粒取向的优化。但是电子束蒸发的缺点是所需时间较长，且电子束的绝大部分能量要被坩埚带走，因而其热效率低；另外过高的加热功率也会对整个薄膜沉积系统形成较强的热辐射，且制备出的薄膜结构和形貌不够理想(均方根粗糙度大于3nm)。

中频磁控反应溅射相比电子束蒸发生长效率更高，但是中频(MF)磁控反应溅射由于在溅射生长薄膜时的沉积速率较快，对反应腔体中的气流场分布较严格，若气流场分布不均，则导致薄膜不能连续生长，不能保证薄膜的表面均一性。

发明内容

针对上述存在的问题，为了解决电子束蒸发法制备MgO同质外延过程中的不足，降低生产成本，提高产品性价比，优化薄膜表面形貌。本发明提供了一种基于中频溅射制备同质外延双面MgO薄膜的方法，采用中频(MF)磁控反应溅射代替电子束蒸发，实现MgO薄膜两面同时自外延生长。

技术方案如下：

步骤1、将待镀膜的哈氏合金柔性基带依次经第一卷绕盘、气体分散管和第二卷绕盘安装，通过步进电机带动第一卷绕盘匀速转动进而带动哈氏合金柔性基带匀速移动；哈氏合金柔性基带两面同时涂覆有IBAD-MgO/SDP-Y₂O₃。

气体分散管置于对靶中间的物理中心位置；气体分散管的内部腔体沿基带运动方向设置4条单向通气孔组，4条单向通气孔组构成以哈氏合金柔性基带为物理中心的空间结构；各条单向通气孔组上设置的通气孔均以相同角度面向哈氏合金柔性基带，且设置的通气孔数量一致、孔径相同。使得从通气孔中喷出的混合气体能均匀分散在基带的两面，形成对称均匀的气流场，从而沉积得到的薄膜均匀致密；而通气孔单向面对哈氏合金柔性基带，背对金属靶材的特点，可以保护金属镁靶附近氧浓度低不易被氧化，而基带附近氧浓度高，保证高效率地生长双面MgO薄膜。待镀膜的哈氏合金柔性基带从对靶中间的物理中心区域通过。

步骤2、将金属镁靶分别安置在对靶上，对靶分别外接中频电源的两极，再对整个设备进行抽真空处理至1.0×10^-3Pa以下，然后对哈氏合金柔性基带进行加热；