基于CFD建模的MOCVD硬件配置与工艺条件优化,用于生长高质量(Gd,Y)BCO超导带材

DOI:10.1109/TASC.2019.2896464 期刊:IEEE Transactions on Applied Superconductivity 出版年份:2019 更新时间:2026-01-09 18:45:11
摘要: 采用系统性的计算流体动力学(CFD)研究,探究了金属有机化学气相沉积(MOCVD)反应器中硬件配置与工艺参数对(Gd,Y)BCO超导带材生长表面上方流场及温度分布的影响。通过优化喷淋头与基座间距、喷淋头长度、气体流速及腔室压力,显著改善了流场均匀性与温度分布。基于CFD建模的硬件配置改进,不仅实现了高质量(Gd,Y)BCO超导薄膜制备,还提升了生长速率上限。对于采用卷对卷MOCVD工艺处理的厚膜,该改进不仅体现在表面形貌(获得更洁净光滑的表面,外延晶粒与杂质相颗粒更少),也反映在截面微观结构(从底部到顶部更均匀)。在284米长带材上制备的1.76微米厚(Gd,Y)BCO薄膜,在77K自场条件下实现了769安培/12毫米宽度的临界电流。
作者: Zhang Shudong,Ziming Fan,Ping Jiang,Shiwei Xu,Zhichen Han,Gang Yang,Yujie Liu,Yimin Chen
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研究金属有机化学气相沉积(MOCVD)反应器中硬件配置和工艺参数对(Gd,Y)BCO超导带材生长表面上方流场及温度分布的影响,以实现高质量薄膜并提高生长速率极限。

通过CFD建模优化硬件配置和工艺参数,显著改善了流场分布与温度均匀性,从而制备出高质量的(Gd,Y)BCO超导薄膜——其表面形貌更优、微观结构更均匀且生长速率极限更高,在284米长带材上实现了1.76微米厚薄膜在77K自场条件下达到769安培/12毫米宽度的临界电流密度。

该研究基于计算流体动力学(CFD)建模和特定金属有机化学气相沉积(MOCVD)反应器配置;潜在局限性包括CFD模型中的假设以及对其它反应器设计或材料的适用性。

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