一种加长型筒状阳极制造技术

一种加长型筒状阳极，该加长型筒状阳极为筒状，其底壁设有若干个溅射气体进气孔，其顶部为敞口，该敞口的周边缘向外凸出形成支撑边，该敞口并配有阳极盖，在阳极盖上接有进气管路。加长型筒状阳极的环壁在沉积薄膜的过程中均起到了与已有的平面阳极同样的作用，极大地增加了阳极面积，提高了溅射过程中的正效果。采用本实用新型专利技术的加长型筒状阳极的筒状靶溅射设备，在制备复杂氧化物薄膜、特别是高温ＹＢＣＯ等稀土钡铜氧薄膜时，可显著改善负氧离子轰击以及溅射物质堆积掉渣等负影响，有显著的改善薄膜生长质量、提高性能的作用。相比于普通采用小平面阳极的溅射设备，在同样条件下制备薄膜的性能更好、工艺窗口更宽、薄膜表面形貌以及均匀性均优于传统溅射设备，体现了本实用新型专利技术的突出有益效果。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种筒状靶溅射系统，特别是在复杂氧化物薄膜制备中应用的 筒状靶溅射系统中的加长型筒状阳极。 专利技术背景筒状靶(cylinder target)溅射系统是为了应对复杂氧化物溅射过程中出现的负 氧离子轰击现象而采用的一种技术，其方法是将原来的平面靶材溅射改为有一定厚 度的圆筒状溅射靶材，经过电离的Ar气在溅射过程中轰击到筒状耙材的内壁，落 在加热基片上进行薄膜沉积。这种方式的好处是可以保证在溅射耙材的每个位置， 溅射产物与基片之间的位置关系处于离轴状态，从而避免从靶材中由高能Ar原子 轰击出的负氧离子直接轰击基片和薄膜表面，造成薄膜成分不均匀和性能的严重劣 化。以前的技术在利用筒状靶溅射的时候，比较多的考虑到溅射速率和溅射系统(大 尺寸筒状阴极)的紧凑性问题，其阳极为平面型，尺寸较小，不超过筒状靶内径。 经过长期的实验研究发现，即使在不施加正偏压的情况下，阳极的加载也是消除负 氧离子轰击的有效手段；同时如果加载的阳极面积较小，消除负氧离子轰击能力会 变弱；同时弥散的气态原子在高温条件下附着在阳极上的速度也很快，容易形成掉 渣等问题，影响成膜质量。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种在筒状靶溅射设备中所使用的增大阳极面积、提 高溅射效果的加长型筒状阳极。为了实现上述目的，本技术采取以下的技术方案一种加长型筒状阳极，其特征在于该加长型筒状阳极为筒状，其底壁设有若 干个溅射气体进气孔，其顶部为敞口，该敞口的周边缘向外凸出形成支撑边，该敞 口并配有阳极盖，在阳极盖上接有进气管路。所述的加长型筒状阳极为圆筒状。所述的加长型筒状阳极为无氧铜材料制成。所述的阳极盖为聚四氟乙烯材料绝缘制成。在传统的筒状靶材溅射的设计中，为了节省空间， 一般采用可拆卸的平面阳极。 该阳极位于溅射阴极(靶材)的顶端。考虑到导通筒状靶材的尺寸，该阳极的平面 尺寸应小于筒状靶材的内圆。这种大尺寸溅射系统(包括阴极和阳极)的好处是结 构更加紧凑，同时可以采用经真空密封布置在溅射设备的上盖上，可以通过调节溅 射阴极上下移动来调节靶基距，变化溅射条件。其不利的方面是阳极尺寸较小， 在经历长时间溅射后，阳极上极易由于弥散的溅射原子沉积而形成一层导电性不好 的膜层，影响阳极的导电性；更加严重的是经过长时间累积，膜层厚度增加可能导 致掉渣等现象而落在基片上，严重影响薄膜的表面形貌和性能；同时小尺寸的阳极 也不利于消除倒筒靶溅射残存的小部分负氧离子轰击现象。因此，从改进阳极来改 进薄膜制备是筒状靶溅射制备高性能YBa2Cu307-s(YBCO)超导薄膜的关键。从已经 表现出来的问题来看，阳极需要具有一定的尺寸，同时还需要适应筒状耙溅射部件 的具体形状。经过不断地尝试改进，本技术提出了加长型筒状阳极，采用顶端 悬挂式将该加长型筒状阳极安装在筒状靶溅射设备中，经实验证明，加长型筒状阳 极同传统的平面阳极相比，具有明显的改善高温超导薄膜成膜质量和表面均匀性的 作用。本技术是对中空筒状靶溅射系统的改进和完善，所设计出一种加长型筒状 阳极，该加长型筒状阳极的环壁在沉积薄膜的过程中均起到了与已有的平面阳极同 样的作用，极大地增加了阳极面积，提高了溅射过程中的正效果。在筒状耙溅射设 备中安装了本技术的加长型筒状阳极，经实验证实，在制备复杂氧化物薄膜、 特别是高温YBCO等稀土钡铜氧薄膜时，可显著改善负氧离子轰击以及溅射物质堆 积掉渣等负影响，有显著的改善薄膜生长质量、提高性能的作用。附图说明图l是加长型筒状阳极的结构示意图。其中，l是加长型筒状阳极，2是阳极 盖；3是进气管路；4是溅射气体进气孔图2是阳极盖和进气管路的结构示意图。其中，2是阳极盖；3是进气管路。图3是在筒状靶溅射设备中安装加长型筒状阳极的结构示意图。ll是水箱；12 是筒状靶材；13是水冷层；14是水箱的支撑脚；15是数块磁体；16是绝缘圈；17 是支撑边；18是悬挂边；l是加长型筒状阳极。图4是带加长型筒状阳极的筒状靶溅射设备装在真空室内的结构示意图。其中， 19是加热体；20是真空室。具体实施方式本技术的加长型筒状阳极1采用无氧铜材料制成，以防止真空条件下放气影 响制备条件。如图l、图2所示，加长型筒状阳极1的阳极盖2上接有进气管路3， 进气管路3通入到加长型筒状阳极1内部，加长型筒状阳极1的底壁均匀密布有若 干个进气口4，溅射时采用氩、氧混合气体，氩、氧混合气体通过进气管路3进入加 长型筒状阳极1内部，并通过若干个进气口 4可以进入水箱内的腔体内，保证溅射 气体均匀。在本技术的加长型筒状阳极安装在筒状靶溅射设备中结构示意图如图3所 示，筒状靶材12放置在水箱11中的底壁上，筒状靶材12的外环壁与水箱11的内 环壁紧密接触；筒状靶材12的上方为较长的水箱11的内环壁；采用的加长型筒状阳极1为筒型结构，加长型筒状阳极1的底壁为平面型；加长型筒状阳极1的圆筒 直径尺寸小于筒状靶材12的圆筒的内径，并伸入到筒状靶材12内，其底部位于筒 状靶材12的上部位置，其外壁与筒状靶材12的内壁之间留有空隙，加长型筒状阳 极1的支撑边17悬挂在水箱11的悬挂边18上，并通过圈绝缘16与水箱11绝缘。 水箱11的底部是三个支撑水箱11的支撑脚14，用以固定水箱11。在水箱11的环 壁内设有水夹层13，是一个充满水的夹层，水夹层13的宽度尺寸稍大，在本实施例 中为2 — 3cm，数块磁体15安放进水箱11内，围绕水箱11的环壁的一周，均布排 列在水箱11的水夹层的内壁上，围绕一圈的数块磁体15与筒状耙材12的中部相对。 水箱的水夹层13内所设置数块磁体15，可以保证磁体不退磁，同时水夹层13中的 冷却水可以冷却筒状靶材12，防止筒状靶材12过热开裂。其中，水箱ll中的水夹 层13上部和下部分别连接进水管、出水管，以使水夹层形成水冷通路；由于水夹层 13是由其底端连接到水箱阴极的，所以该设备与以前设计的重要区别在于阴极以支 撑脚支撑在溅射设备底端。这也是由加长阳极的特性决定的，因为如果采用溅射设 备的顶端(即采用上盖开启方式时真空室的上盖)布置阴极，则所需设备很高、真 空腔体很大，均不利于薄膜的制备。由于阴、阳极之间不能短路，否则溅射不能起 辉，所以阳极盖2以及水箱上的绝缘圈16均为聚四氟乙烯材料绝缘制成。本技术的加长型筒状阳极安装在筒状靶溅射设备中，如图4所示，筒状靶溅 射设备置于真空室19内，并在水箱11的下部有加热体20。加长型筒状阳极1的特点是加长型筒状阳极1的筒的高度与其底壁的直径的 比例很大，这样做的好处是加长型筒状阳极1的底壁不仅相当于已有的阳极的底平面可以消除负氧离子，接收向上弥散、溅射出靶材的原子沉积的作用，而且由于加长型筒状阳极1的环壁与水箱11之间留有充分的空隙，实际上，加长型筒状阳极1的环壁在沉积薄膜的过程中均起到了与已有的平面阳极同样的作用，极大地增加了阳极面积，提高了溅射过程中的正效果。当然，随着与溅射耙材之间距离的增加，其效果有很大的减弱，因此加长型筒状阳极1的长度应当是有一定限度的。经实验证明，采用本技术的加长型筒状阳极的筒状耙溅射设备，相比于普通采用小平面阳极的溅射设备，在同样条件下制备薄膜的性能更好、工艺窗口更宽、薄膜表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加长型筒状阳极，其特征在于：该加长型筒状阳极为筒状，其底壁设有若干个溅射气体进气孔，其顶部为敞口，该敞口的周边缘向外凸出形成支撑边，该敞口并配有阳极盖，在阳极盖上接有进气管路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李弢，古宏伟，王霈文，王小平，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]