专利汇可以提供用于超导体涂布带的双轴织构化膜沉积专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 揭示了以极高速率在连续移动的金属带基材上沉积双轴织构化膜的方法。这些方法包括:沉积流以相对于基材法线约为5°至80°的斜入射 角 在基材上沉积膜,同时用离子束以沿所述膜的最佳离子织构方向或第二最佳离子织构方向设置的离子束入射角进行轰击,从而形成双轴织构化膜,其中,沉积流入射面设置为平行于双轴织构化膜沿其具有快速面内生长速率的方向。本发明还揭示了包括基材、通过上述方法沉积在所述基材上的双轴织构化膜和沉积在双轴织构化膜上的超导层的超导制件。,下面是用于超导体涂布带的双轴织构化膜沉积专利的具体信息内容。
1.一种在基材上沉积双轴织构化膜的方法,其包括:
沉积流以斜入射角在基材上沉积膜,同时用离子束以沿所述膜的最佳 离子织构方向(BITD)或沿第二最佳离子织构方向设置的离子束入射角轰击 所述沉积膜,从而形成双轴织构化膜,
其中沉积流入射面设置为平行于所述双轴织构化膜沿其具有最快面内 生长速率的方向。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述沉积流入射面与离子 束入射面之间的角度为45°或135°。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述离子束与膜法线所成 的入射角为10°至60°。
4.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述沉积流与膜法线所成 的入射角为5°至80°。
5.如权利要求2所述的方法,其特征在于,沉积速率大于1纳米/秒。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,沉积速率大于3纳米/秒。
7.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述离子束的标准离子能 为150eV至1500eV。
8.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述双轴织构化膜包括沿 晶轴<100>、<010>或<001>中的至少一个具有所述最快生长速率方向的立 方结构材料。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述双轴织构化膜包括沿 <111>晶轴方向具有最佳离子织构方向(BITD)或第二最佳离子织构方向的 材料。
10.如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述材料包括以下所列中 的至少一种:荧石类材料、烧绿石类材料和稀土C类材料。
11.如权利要求10所述的方法,其特征在于,所述荧石类材料包括氧 化铈(CeO2)、RE掺杂的氧化铈(RECe)O2-其中RE是钐、铕、铒、镧、和 氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)中的至少一种;所述烧绿石类材料包括Eu2Zr2O7 或Gd2Zr2O7中的至少一种;所述稀土C类材料包括氧化钇(Y2O3)。
12.如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述离子束与膜法线所成 的入射角为55°。
13.如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述沉积流与膜法线所成 的入射角为20°至55°。
14.如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述双轴织构化膜的厚度 大于0.2微米。
15.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述双轴织构化膜包括沿 晶轴<111>具有最快生长速率方向的立方结构材料。
16.如权利要求15所述的方法,其特征在于,所述双轴织构化膜包括 沿<110>晶轴方向具有最佳离子织构方向(BITD)或第二最佳离子织构方向 的材料。
17.如权利要求16所述的方法,其特征在于,所述材料包括以下所列 中的至少一种:岩盐类材料、ReO3类材料和钙钛矿类材料。
18.如权利要求17所述的方法,其特征在于,所述双轴织构化膜的所 述材料包括氧化镁(MgO)、氧化镍(NiO)、三氧化钨(WO3)、氧化钡(BaO)、 铝酸镧(LaAlO3)和钛酸锶(SrTiO3)中的至少一种。
19.如权利要求16所述的方法,其特征在于,所述离子束与膜法线所 成的入射角为45°。
20.如权利要求16所述的方法,其特征在于,所述沉积流与膜法线所 成的入射角为45°至65°。
21.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述沉积流入射面与离子 束入射面之间的角度为0°或180°或90°。
22.如权利要求21所述的方法,其特征在于,离子与原子的到达比小 于0.5。
23.如权利要求22所述的方法,其特征在于,所述离子与原子的到达 比为0.05至0.3。
24.如权利要求21所述的方法,其特征在于,所述双轴织构化膜包括 沿晶轴<100>、<010>或<001>中的至少一个具有所述最快生长速率方向的 立方结构材料。
25.如权利要求24所述的方法,其特征在于,所述双轴织构化膜包括 沿<110>晶轴方向具有最佳离子织构方向(BITD)或第二最佳离子织构方向 的材料。
26.如权利要求25所述的方法,其特征在于,所述材料包括以下所列 中的至少一种:荧石类材料、烧绿石类材料和稀土C类材料。
27.如权利要求26所述的方法,其特征在于,所述荧石类材料包括氧 化铈(CeO2)、RE掺杂的氧化铈(RECe)O2和氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)中的 至少一种,其中RE是钐、铕、铒、镧;所述烧绿石类材料包括Eu2Zr2O7或 Gd2Zr2O7中的至少一种;所述稀土C类材料包括氧化钇(Y2O3)。
28.如权利要求25所述的方法,其特征在于,所述离子束与膜法线所 成的入射角为45°。
29.如权利要求25所述的方法,其特征在于,所述沉积流与膜法线所 成的入射角为20°至55°。
30.如权利要求21所述的方法,其特征在于,所述离子束与法线所成 的入射角为10°至60°。
31.如权利要求21所述的方法,其特征在于,所述沉积流与膜法线所 成的入射角为5°至80°。
32.如权利要求21所述的方法,其特征在于,沉积速率大于1纳米/秒。
33.如权利要求32所述的方法,其特征在于,所述沉积速率大于3纳 米/秒。
34.如权利要求21所述的方法,其特征在于,所述离子束的标准离子 能为150eV至1500eV。
35.如权利要求34所述的方法,其特征在于,所述离子束的标准离子 能为500eV至900eV。
36.如权利要求25所述的方法,其特征在于,所述双轴织构化膜的厚 度大于0.2微米。
37.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述基材和所述双轴织 构化膜之间沉积中间层。
38.如权利要求37所述的方法,其特征在于,所述中间层的晶粒大小 在纳米级别。
39.如权利要求37所述的方法,其特征在于,在所述中间层和所述双 轴织构化膜之间的晶格失配大于10%。
40.如权利要求37所述的方法,其特征在于,所述中间层包括:稀土C 类材料、氧化物、和氮化物中的至少一种。
41.在基材上沉积双轴织构化膜的方法,其包括:
用沉积流以斜入射角在基材上沉积膜,同时用离子束轰击所述沉积膜, 从而形成双轴织构化膜,
其中所述离子束与基材法线平行。
42.如权利要求41所述的方法,其特征在于,所述沉积流与膜法线所 成的入射角为5°至80°。
43.如权利要求42所述的方法,其特征在于,所述沉积流与膜法线所 成的入射角为45°至65°。
44.如权利要求41所述的方法,其特征在于,所述材料包括以下所列 中的至少一种:岩盐类材料、ReO3类材料和钙钛矿类材料。
45.如权利要求44所述的方法,其特征在于,所述材料包括氧化镁 (MgO)、氧化镍(NiO)、三氧化钨(WO3)、氧化钡(BaO)、铝酸镧(LaAlO3)和 钛酸锶(SrTiO3)中的至少一种。
46.如权利要求41所述的方法,其特征在于,所述双轴织构化膜的<001> 晶轴方向与基材法线平行。
47.如权利要求41所述的方法,其特征在于,沉积速率大于1纳米/秒。
48.如权利要求47所述的方法,其特征在于,所述沉积速率大于3纳 米/秒。
49.如权利要求41所述的方法,其特征在于,所述离子束的标准离子 能为300eV至1500eV。
50.如权利要求41所述的方法,其特征在于,在所述基材和所述双轴 织构化膜之间沉积中间层。
51.如权利要求50所述的方法,其特征在于,所述中间层的晶粒大小 在纳米级别。
52.如权利要求50所述的方法,其特征在于,在所述中间层和所述双 轴织构化膜之间的晶格失配大于10%。
53.如权利要求50所述的方法,其特征在于,所述中间层包括:稀土C 类材料、氧化物、和氮化物中的至少一种。
54.在基材上沉积双轴织构化膜的方法,其包括:
用沉积流以斜入射角在基材上沉积膜,同时用离子束轰击所述沉积膜, 从而形成双轴织构化膜,
其中所述离子束入射角是沿基材表面的掠射角。
55.如权利要求54所述的方法,其特征在于,所述沉积流入射面与离 子束入射面之间的角度为45°至135°。
56.如权利要求54所述的方法,其特征在于,所述材料包括以下所列 中的至少一种:岩盐类材料、ReO3类材料和钙钛矿类材料。
57.如权利要求56所述的方法,其特征在于,所述材料包括氧化镁 (MgO)、氧化镍(NiO)、三氧化钨(WO3)、氧化钡(BaO)、铝酸镧(LaAlO3)和 钛酸锶(SrTiO3)中的至少一种。
58.如权利要求54所述的方法,其特征在于,所述沉积流与膜法线所 成的入射角为5°至80°。
59.如权利要求58所述的方法,其特征在于,所述沉积流与膜法线所 成的入射角为45°至65°。
60.如权利要求54所述的方法,其特征在于,所述离子束的标准离子 能为300eV至1500eV。
61.如权利要求60所述的方法,其特征在于,所述离子束的标准离子 能为700eV至900eV。
62.如权利要求54所述的方法,其特征在于,在所述基材和所述双轴 织构化膜之间沉积中间层。
63.如权利要求62所述的方法,其特征在于,所述中间层的晶粒大小 在纳米级别。
64.如权利要求62所述的方法,其特征在于,在所述中间层和所述双 轴织构化膜之间的晶格失配大于10%。
65.如权利要求62所述的方法,其特征在于,所述中间层包括:稀土C 类材料、氧化物、和氮化物中的至少一种。
66.一种在基材上沉积双轴织构化膜的方法,其包括:
用沉积流以斜入射角在基材上沉积膜,同时在沉积的过程中用辅助离 子束轰击所述沉积膜,从而形成双轴织构化膜,
其中所述双轴织构化膜包括沿<100>晶轴<010>晶轴面具有强各向异 性生长速率的非立方层状结构材料,沿<100>晶轴<010>晶轴面的所述生长 速率比沿<001>晶轴的生长速率要高。
67.如权利要求66所述的方法,其特征在于,所述双轴织构化膜在动 力学生长条件下生长,使所述膜的所述<100>晶轴<010>晶轴面与基材法线 平行,所述膜的所述<001>轴位于所述基材上,其中所述离子束入射面与所 述<100>晶轴<010>晶轴面平行。
68.如权利要求67所述的方法,其特征在于,所述离子束与膜法线所 成的入射角为10°至60°。
69.如权利要求68所述的方法,其特征在于,所述离子束与膜法线所 成的入射角为45°。
70.如权利要求67所述的方法,其特征在于,所述离子束入射角是沿 所述基材表面的掠射角。
71.如权利要求67所述的方法,其特征在于,所述离子束入射角沿基 材法线方向。
72.如权利要求67所述的方法,其特征在于,所述沉积流与膜法线所 成的入射角为5°至80°。
73.如权利要求67所述的方法,其特征在于,离子束入射面与所述沉 积流入射面之间的角度为0°或1 80°或90°或270°。
74.如权利要求67所述的方法,其特征在于,所述非立方层状结构材 料包括至少一种变形钙钛矿结构材料或金红石类材料。
75.如权利要求74所述的方法,其特征在于,所述变形钙钛矿结构材 料包括REBa2Cu3O7-δ,其中RE包括钇、钆、铽、镝、镧、钕、钐、铕、 钬、铒、铥和镱中的至少一种;金红石类材料包括TiO2、SnO2、WO2、RuO2、 MnO2、NbO2、VO2、IrO2中的至少一种。
76.如权利要求67所述的方法,其特征在于,沉积速率大于1纳米/秒。
77.如权利要求76所述的方法,其特征在于,所述沉积速率大于3纳 米/秒。
78.如权利要求67所述的方法,其特征在于,沉积温度足以得到所述 非立方层状结构材料的所需组成和化学计量。
79.如权利要求78所述的方法,其特征在于,在沉积的过程中,活性 氧充分沉积在所述双轴织构化膜上,以降低所述沉积温度。
80.如权利要求79所述的方法,其特征在于,所述活性氧包括原子氧、 臭氧、氧离子或N2O中的至少一种。
81.如权利要求67所述的方法,其特征在于,在所述基材和所述双轴 织构化膜之间沉积中间层。
82.如权利要求81所述的方法,其特征在于,所述中间层的晶粒大小 在纳米级别。
83.如权利要求81所述的方法,其特征在于,在所述中间缓冲层和所 述双轴织构化膜之间的晶格失配大于10%。
84.如权利要求81所述的方法,其特征在于,所述中间层包括:稀土C 类材料、氧化物、和氮化物中的至少一种。
85.如权利要求1所述的方法,其特征在于,使用包括以下所列的蒸发 方法中的至少一种提供所述沉积流:电阻加热蒸发、共蒸发、电子束蒸发、 磁控溅射、脉冲激光烧蚀、离子束溅射。
86.如权利要求41所述的方法,其特征在于,使用包括以下所列的蒸 发方法中的至少一种提供所述沉积流:电阻加热蒸发、共蒸发、电子束蒸 发、磁控溅射、脉冲激光烧蚀、离子束溅射。
87.如权利要求54所述的方法,其特征在于,使用包括以下所列的蒸 发方法中的至少一种提供所述沉积流:电阻加热蒸发、共蒸发、电子束蒸 发、磁控溅射、脉冲激光烧蚀、离子束溅射。
88.如权利要求66所述的方法,其特征在于,使用包括以下所列的蒸 发方法中的至少一种提供所述沉积流:电阻加热蒸发、共蒸发、电子束蒸 发、磁控溅射、脉冲激光烧蚀、离子束溅射。
89.一种高温超导体制件,其包括:
基材;
通过如权利要求1或权利要求41或权利要求54或权利要求66所述的 方法沉积在所述基材上的双轴织构化膜;以及
沉积在所述双轴织构化膜上的超导层,
其中,所述双轴织构化膜包括清晰织构化层,所述清晰织构层的面内 反射Δφ小于1 5°,面外反射Δ□小于10°。
90.如权利要求89所述的超导体制件,其特征在于,所述基材是厚度 小于0.15毫米的挠性金属带。
91.如权利要求90所述的超导体制件,其特征在于,所述金属带被电 抛光或化学机械抛光到平均粗糙度小于10纳米。
92.如权利要求89所述的超导体制件,其特征在于,所述超导层包括 至少一种氧化物超导体材料。
93.如权利要求92所述的超导体制件,其特征在于,所述氧化物超导 材料包括稀土钡铜氧化物REBa2Cu3O7-δ,其中RE是钇、钆、铽、镝、镧、 钕、钐、铕、钬、铒、铥和镱。
94.如权利要求89所述的超导体制件,其特征在于,所述超导层的厚 度为1.0微米至20.0微米。
95.如权利要求89所述的超导体制件,其特征在于,所述超导体制件 是电力电缆。
96.如权利要求95所述的超导体制件,其特征在于,所述电力电缆包 括至少一个用作冷却液通道的内部中心管道。
97.如权利要求89所述的超导体制件,其特征在于,所述超导体制件 是电力变压器。
98.具有如权利要求89所述的超导体制件的发电机。
99.如权利要求98所述的发电机,其特征在于,所述发电机还包括: 与转子耦合的轴,所述的转子包括具有转子线圈的至少一个电磁铁,包括 环绕着所述转子的导电绕组的定子;其中所述转子线圈包括所述超导体制 件。
100.具有如权利要求89所述的超导体制件的电力网。
101.如权利要求100所述的电力网,其特征在于,所述电力网还包括 具有发电机的电站、具有至少一个电力变压器的输电变电所、至少一个输 电电缆;变电所,和至少一个配电电缆。
102.如权利要求89所述的超导制件,还包括在所述织构化膜和所述超 导层之间的外延缓冲层。
本发明一般涉及第二代超导体领域。更具体地,本发明涉及以极高速 率在连续移动的金属基材带上沉积双轴织构化膜的方法。再具体地,本发 明涉及一种方法,其中膜是用沉积流(flux)以斜入射角在基材上沉积的同 时,用离子束以沿所述膜的最佳离子织构方向(BITD)或沿第二最佳离子织 构方向设置的离子束入射角进行轰击,从而形成双轴织构化膜,其中,沉 积流入射面设置为平行于双轴织构化膜沿其具有快速面内生长速率的方 向。
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