用于化学气相沉积反应器的基座制造技术

沉积反应器(800)中使用的基座(200)提供热量输入并控制错误沉积的累积。基座加热反应器内的基板带(120)，基板带上沉积有一层或多层薄膜，特别是在金属有机化学气相淀积MOCVD反应器中产生的高温超导HTS薄膜。反应器中产生的高温超导HTS薄膜。反应器中产生的高温超导HTS薄膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于化学气相沉积反应器的基座
[0001]相关应用的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年2月20日提交的、名称为“用于HTS的CVD反应器基座”的申请号为62/979,352的美国临时专利申请的优先权和权益，其内容通过引用整体并入本文。
[0003]专利技术背景


[0004]本文公开的主题的实施方式主要涉及基座装置及在沉积反应器中，更具体地说，在气相沉积反应器中，使用所述基座在基板带上制造高温超导体的系统。

技术介绍

[0005]与在液氦温度(4.2K)下工作的传统超导体相比，高温超导体(high temperature superconductor，HTS)具有在更高工作温度下开发超导体组件的潜力。因此，在更高温度下工作的超导体能够更经济地开发超导部件和产品。由YBa2Cu3O7‑
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(YBCO)组成的薄膜HTS材料是一组氧化物基超导体之一。在首次发现YBCO超导体后，发现了其他具有类似化学成分但Y被其他稀土元素取代的超导体。这类超导体家族通常被称为REBCO，其中RE可以包括Y、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu。这种材料构成了第二代或“2G”HTS线材技术的基础，为制造HTS带材和线材提供了更具成本效益的材料。
[0006]此类HTS薄膜通常以纹理化(textured)REBCO薄膜的形式沉积，该薄膜可包括一个或多个位于原子纹理化金属基板上的缓冲层。在MOCVD的情况下，有机配体可包括输送至基板以进行沉积的气相前体。在通过化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)或金属有机化学气相淀积(metal
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organic chemical vapor deposition，MOCVD)工艺制造高温超导体(HTS)的过程中，将不锈钢或哈氏合金(Hastelloy)基板带加热至高温，例如800℃至900℃，使气相前体材料沉积在基板带上，并发生HTS膜生长。
[0007]有不同的设备和方法用于加热基板带，包括通过辐射加热基板带的IR灯，以及直接接触基板带并通过传导提供所需热量的热块基座。典型的CVD反应器100如图1所示，并且包括使用支撑和加热平移基板带120的热块型基座110。反应器100通过出口130保持真空，前体反应物140通过喷淋头150引入。可以包括辐射灯160以帮助薄膜170在基板120上的生长。在CVD工艺中使用加热的基座110的缺点是发生错误沉积180并在基座110和反应器的其他部件的暴露的表面上累积。
[0008]特别是在真空条件下的CVD反应器中，前体蒸汽会膨胀，并容易沉积在(需要生长HTS膜的)带上的预期目标沉积区外的基座的暴露表面上。在长时间的工艺过程中，沉积在基座上的错误材料可能累积到超过带厚度，例如该厚度可能在30到100微米之间。在靠近带边缘本身的基座表面上的这种错误沉积的累积可以导致带上生长的HTS膜的性能下降。例如，带上及其周围的前体边界层流动均匀性可能受到错误沉积的影响，例如，错误材料累积的传热和辐射特性可能不同于HTS膜，这可能导致带上的局部边缘温度不均匀性；和/或累积材料本身可能脱离，夹带在微涡流中，并干扰沉积层，导致HTS膜的性能退化。
[0009]最后，基座上错误沉积材料的累积是连续和长时间HTS工艺运行能力的主要限制因素。例如，由于需要停止加工并拆卸反应器进行清洁，错误的沉积材料的累积可能会阻止系统处理数千米长的HTS材。由于这些原因，需要新的基座装置和系统来控制错误沉积，特别是在靠近目标带基板沉积区的区域。

技术实现思路

[0010]根据一个实施方式，存在一个基座，用于基板带的加热和温度控制，并用于控制沉积设备内的错误沉积的累积。基座包括主体，其形成基座的基部；两个或更多个相邻的凸起部分，每个凸起部分从主体的上表面垂直延伸并沿主体的长度纵向延伸，每个凸起部分的顶部的宽度基本上等于或小于基板带的宽度。每个凸起部分与相邻的凸起部分通过间隙分开，该间隙形成收集错误沉积材料的通道。
[0011]根据另一个实施方式，存在一个基座，用于基板带的加热和温度控制，并用于控制沉积设备内的错误沉积的累积。基座包括主体，其形成基座的基部；以及两个或更多个相邻的凸起部分，每个凸起部分从主体的上表面垂直延伸并沿主体的长度纵向延伸，每个凸起部分的顶部还包括两个或更多个支撑脊以升高基板带，使得所述基板带的底部不接触凸起部分的顶面。凸起部分的两个支撑脊的最外边缘之间的距离基本上等于或小于基板带的宽度，并且每个凸起部分通过间隙与相邻凸起部分分开，所述间隙形成通道以收集错误沉积材料。在本文讨论的上下文中，术语错误沉积是指在反应器的除预期沉积区之外的区域中发生的材料沉积，其通常可位于基板上。
[0012]根据另一个实施方式，存在一个基座，用于沉积设备内的基板带的加热和温度控制。所述基座包括主体，其形成基座的基部；以及两个或更多个支撑脊，其位于主体上表面上以提升基板带，使得所述基板带的底部不接触基座主体的上表面。
[0013]根据再另一个实施方式，存在一种用于基板带的加热和温度控制以及控制化学气相沉积设备内的错误沉积累积的系统。该系统包括具有反应器壳体的化学气相沉积设备，该反应器壳体具有用于前体的入口、真空排气件；位于反应器壳体内的基座；被配置为沿着基座顶部平移并穿过反应器壳体的基板带；以及联接到基座的加热器。基座还包括配置为用于收集错误沉积累积的通道。
附图说明
[0014]附图并入本说明书并构成本说明书一部分，示出了一个或多个实施方式，并与说明书一起解释了这些实施方式。在附图中：
[0015]图1示出了在基座处具有错误沉积的现有技术CVD反应器。
[0016]图2示出了具有凸起部分和通道的示例性基座。
[0017]图3A和3B示出了示例性基座和通道细节。
[0018]图4A和4B示出了具有弯曲形状的示例性基座。
[0019]图5A和5B示出了具有纹理化凸起部分的示例性基座。
[0020]图6A
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6D示出了具有支撑脊的示例性基座。
[0021]图7A
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7C示出了具有梯形主体的示例性基座。
[0022]图8示出了具有基座的示例性反应器系统。
具体实施方式
[0023]以下实施方式的描述参考附图。不同附图中相同的附图标记标识相同或相似的元件。以下详细描述并不限制本专利技术。相反，本专利技术的范围由所附权利要求限定。为了简单起见，下文讨论了关于用于沉积薄膜(特别是超导涂层导体)的基座装置和系统的实施方式，所述薄膜由在CVD中，更特别是MOCVD中，沉积在基板带上的膜形成。然而，本文讨论的实施方式不限于这些元件。例如，本文公开的基座可应用于利用基座加热任何类型的基板并且其中可能存在累积或错误沉积问题的其他反应器类型。此类其他反应器类型可以包括但不限于脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition，PLD)、旋转圆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于基板带(120)的加热和温度控制并用于控制沉积设备内的错误沉积累积(180)的基座(200)，所述基座(200)包括：主体(210)，其形成所述基座(200)的基部；以及两个或更多个相邻的凸起部分(220)，每个凸起部分从所述主体(210)的上表面垂直延伸并沿所述主体(210)的长度纵向延伸，每个凸起部分的顶部(224)的宽度基本等于或小于所述基板带(120)的宽度，其中每个凸起部分(220)通过间隙(230)与相邻的凸起部分(200)分开，以及其中分开相邻的凸起部分(220)的所述间隙(230)形成通道(240)，以收集错误沉积材料(180)。2.根据权利要求1所述的基座，其中所述主体进一步包括向内倾斜以形成梯形横截面的侧壁。3.根据权利要求1所述的基座，其中所述凸起部分的顶面沿所述基座的纵向弯曲，使得凸起部分的垂直高度在所述基座的中央处大于所述基座的端部处。4.根据权利要求1所述的基座，其中所述通道的横截面区域为直线形状。5.一种用于基板带(120)的加热和温度控制并用于控制沉积设备内的错误沉积累积(180)的基座(610)，所述基座(610)包括：主体(210)，其形成所述基座(610)的基部；以及两个或更多个相邻的凸起部分(220)，每个凸起部分从所述主体(210)的上表面垂直延伸并沿所述主体(210)的长度纵向延伸，其中每个凸起部分(220)的顶部(224)还包括两个或更多个支撑脊(620)，所述支撑脊被配置为升高所述基板带(120)，使得所述基板带(120)的底部不接触所述凸起部分(220)的顶面(630)，以及其中凸起部分(220)的两个支撑脊(620)的最外边缘之间的距离基本等于或小于所述基板带(120)的宽度，以及其中每个凸起部分(220)通过间隙(230)与相邻的凸起部分(200)分开，以及其中分开相邻的凸起部分(220)的所述间隙(230)形成通道(240)，以收集错误沉积材料(180)。6.根据权利要求5所述的基座，其中所述主体进一步包括向内倾斜以形成梯形横截面的侧壁。7.根据权利要求5所述的基座，其中所述凸起部分的顶面沿所述基座的纵向弯曲，使得凸起部分的垂直高度在所述基座的中央处大于所述基座的端部处。8.根据权利要求5所述的基座，其中所述基板带的底部和所述凸起部分的顶部之间的空间包含惰性气体。9.一种用于沉积设备内的基板带(120)的加热和温度控制的基座(600)，所述基座(600)包括：主体(210)，其形成所述基座(600)的基部；以...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：梅托克斯技术公司，
类型：发明
国别省市：