本发明专利技术公开了一种卵圆形微波等离子体金刚石膜沉积装置，谐振腔体为卵圆形，波导和短路活塞设置在谐振腔体的顶部，同轴天线贯穿波导和谐振腔体的顶端，通过同轴天线将微波能量耦合进谐振腔体，同轴天线可上下移动；边缘沉积台设置在谐振腔体的中下部，可上下移动，中心沉积台设置在边缘沉积台的中间，可上下移动；石英钟罩设置在边缘沉积台，罩在中心沉积台上；进气管穿过谐振腔体的侧面和石英钟罩的顶部将气体送入石英钟罩；出气口设置在边缘沉积台，在中心沉积台的旁边。本发明专利技术有效解决了现有技术中存在的微波输入功率较低、缺少完善的调节措施、部件距离等离子体太近等问题。部件距离等离子体太近等问题。部件距离等离子体太近等问题。
【技术实现步骤摘要】
一种卵圆形微波等离子体金刚石膜沉积装置
[0001]本专利技术属于金刚石膜的化学气相沉积
，涉及一种卵圆形微波等离子体金刚石膜沉积装置。
技术介绍
[0002]金刚石膜材料具有众多的优异性能，包括极高的硬度和弹性模量、极高的室温热导率、宽的光谱透过范围、极高的击穿电场强度、高的载流子迁移率等等。因此，金刚石膜在现代技术的各个领域中有着广泛的应用前景，而以较高的速率沉积高品质的金刚石膜材料是工业界长期追求的目标。
[0003]利用微波产生等离子体，进而沉积金刚石膜的方法是目前被用来沉积高品质金刚石膜的主要方法。而为了能够以较高的速率沉积高品质的金刚石膜材料，第一需要设法提高微波等离子体金刚石膜沉积设备的输入功率，第二需要通过设计优化，特别是通过实时调节获得微波谐振腔对输入微波功率的最佳耦合。
[0004]经过20年左右的努力，人们已经设计出了多种微波等离子体金刚石膜沉积设备，这其中包括石英管式、石英钟罩式、不锈钢圆柱谐振腔式，椭球谐振腔式以及不锈钢非圆柱谐振腔式等多种微波等离子体金刚石膜沉积设备。
[0005]在上述的各种微波等离子体金刚石膜沉积设备中，多数设备都将起输入微波能量作用的石英管、石英罩以及石英窗设计在了等离子体附近。这样做带来的问题是这些设备允许输入的微波功率不能太高，否则就会造成微波激发的等离子体的体积增加，其与石英管、石英罩或石英窗接触之后很容易造成后者损坏的问题。
[0006]在上述各种类型的微波等离子体金刚石膜沉积设备中，不锈钢非圆柱谐振腔式的微波等离子体金刚石膜沉积设备巧妙地将石英窗设计在了远离等离子体的位置处，因而这种设备可以允许输入较高的微波功率。但另一方面，其谐振腔的形状较为复杂，因而对这种谐振腔不能象对其他简单形状的谐振腔那样方便地予以调节。因此，这种设备对谐振腔中微波电场和相应产生的等离子体缺乏实时的调控手段。
[0007]为了既能使石英窗远离等离子体，又能对谐振腔进行实时的调节，现有技术中还有两种技术方案，一种方案提出了将沉积台和微波激励部分做成相互平行的板状结构的方法，使沉积台的高度能够随意调节，以实现对谐振腔的调节。但这种方法使其所产生的等离子体与微波激励部分相接触，引起的微波能量损失较大。
[0008]另一种方案提出了将微波激励部分做成有一定尺寸L1、L2的凹面形状，既使等离子体不与微波激励部分接触，又可改变沉积台的高度而实现对于谐振腔的调节。但这一设计仍存在两个缺陷。第一，该设计使呈凹面状的微波激励部分不能再被直接水冷，而这又会妨碍微波输入功率的提高。第二，该设计只能做到调节沉积台的高度，因而对谐振腔的调节作用有限。
技术实现思路
[0009]为解决现有技术中至少存在的以下缺陷：应用中容易在顶盖挡板部分积碳，不利于金刚石的生长；等离子体密度较低，沉积的金刚石膜面积较小；装置冷却效率较低，不利于提高微波输入功率。本专利技术的目的在于提供一种卵圆形微波等离子体金刚石膜沉积装置，技术方案为：
[0010]一种卵圆形微波等离子体金刚石膜沉积装置，包括同轴天线、谐振腔体、石英钟罩、出气口、中心沉积台、边缘沉积台、观察窗、进气管、波导和短路活塞，其中，
[0011]所述谐振腔体为卵圆形，所述波导和短路活塞设置在谐振腔体的顶部，所述同轴天线贯穿波导和谐振腔体的顶端，通过同轴天线将微波能量耦合进谐振腔体，同轴天线可上下移动；所述边缘沉积台设置在谐振腔体的中下部，可上下移动，所述中心沉积台设置在边缘沉积台的中间，可上下移动；所述石英钟罩设置在边缘沉积台，罩在中心沉积台上；所述进气管穿过谐振腔体的侧面和石英钟罩的顶部将气体送入石英钟罩；所述出气口设置在边缘沉积台，在中心沉积台的旁边；所述观察窗设置在谐振腔体的侧面，观察窗的下边缘与边缘沉积台在同一水平面。
[0012]优选地，所述短路活塞在水平方向左右移动，调整输入阻抗使得阻抗匹配。
[0013]优选地，所述谐振腔体的卵圆形的形状由参数方程得到卵圆形的短轴x和长轴y，其中a为400，b为300，c为225。
[0014]优选地，所述气体包括氢气和甲烷。
[0015]优选地，所述气体还包括氮气、氩气和氨气。
[0016]优选地，所述同轴天线上下移动范围为20mm，同轴天线伸入波导中的部分由金属套管和金属杆组成，金属杆上端在金属套管中通过与其连接的聚四氟乙烯调节杆带动实现上下移动。
[0017]优选地，所述波导为bj26型。
[0018]优选地，所述进气管的直径为3mm。
[0019]优选地，所述出气口的孔径为5mm。
[0020]优选地，所述边缘沉积台为圆盘状，与谐振腔体的形状匹配。
[0021]与现有技术相比，本专利技术有效解决了现各类装置存在的微波输入功率较低，缺少完善的调节措施，部件距离等离子体太近等问题。装置的整体结构以及顶部进气、底部出气的气流设计可以有效提升金刚石膜的沉积速率和均匀性。
[0022]通过仿真结果表明，本专利技术在输入功率为8000W，气压为14000Pa的条件下，等离子体密度可达1.7
×
10
17 1/m3，等离子体的半径为40mm，这意味着本专利技术可以在高功率下沉积直径为3英寸的金刚石膜。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例的卵圆形微波等离子体金刚石膜沉积装置的结构示意图；
[0024]图2为本专利技术实施例的卵圆形微波等离子体金刚石膜沉积装置的仿真图。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0026]相反，本专利技术涵盖任何由权利要求定义的在本专利技术的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本专利技术有更好的了解，在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本专利技术。
[0027]参见图1，所示为本专利技术实施例的卵圆形微波等离子体金刚石膜沉积装置，包括同轴天线1、谐振腔体2、石英钟罩3、出气口4、中心沉积台5、边缘沉积台6、观察窗7、进气管8、波导9和短路活塞10，其中，
[0028]谐振腔体2为卵圆形，波导9和短路活塞10设置在谐振腔体2的顶部，同轴天线1贯穿波导9和谐振腔体2的顶端，通过同轴天线1将微波能量耦合进谐振腔体2，同轴天线1可上下移动；边缘沉积台6设置在谐振腔体2的中下部，可上下移动，中心沉积台5设置在边缘沉积台6的中间，可上下移动；石英钟罩3设置在边缘沉积台6，罩在中心沉积台5上；进气管8穿过谐振腔体2的侧面和石英钟罩3的顶部将气体送入石英钟罩3；出气口4设置在边缘沉积台6，在中心沉积台5的旁边；观察窗7设置在谐振腔体2的侧面，观察窗7的下边缘与边缘沉积台6在同一水平面。
[0029]参见图2，为对整个谐振腔体2的仿真图，可见会有一个明确的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种卵圆形微波等离子体金刚石膜沉积装置，其特征在于，包括同轴天线、谐振腔体、石英钟罩、出气口、中心沉积台、边缘沉积台、观察窗、进气管、波导和短路活塞，其中，所述谐振腔体为卵圆形，所述波导和短路活塞设置在谐振腔体的顶部，所述同轴天线贯穿波导和谐振腔体的顶端，通过同轴天线将微波能量耦合进谐振腔体，同轴天线可上下移动；所述边缘沉积台设置在谐振腔体的中下部，可上下移动，所述中心沉积台设置在边缘沉积台的中间，可上下移动；所述石英钟罩设置在边缘沉积台，罩在中心沉积台上；所述进气管穿过谐振腔体的侧面和石英钟罩的顶部将气体送入石英钟罩；所述出气口设置在边缘沉积台，在中心沉积台的旁边；所述观察窗设置在谐振腔体的侧面，观察窗的下边缘与边缘沉积台在同一水平面。2.根据权利要求1所述的卵圆形微波等离子体金刚石膜沉积装置，其特征在于，所述短路活塞在水平方向左右移动，调整输入阻抗使得阻抗匹配。3.根据权利要求1所述的卵圆形微波等离子体金刚石膜沉积装置，其特征在于，所述谐振腔体的卵圆形的形状由参数方程得到卵圆形的短...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，谷昊周，程知群，汤一凡，雷心晴，卢超，严丽平，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。