本发明专利技术公开了一种新型微波谐振腔及微波等离子体化学气相沉积装置，通过在沉积室内设置凸设的顶盖，且凸设的顶盖朝向沉积台布设为V型凸台或W型凸台，可改善谐振腔内的微波电磁场，消除顶盖处的电场强度，进而使顶盖处不产生等离子体，可消除次生等离子体对金刚石膜生长的不利影响，有利于金刚石膜的沉积；而带有锥形沉积台的谐振腔可以增大托盘上的电场强度和区域，改善谐振腔内的微波电磁场，进而增大等离子体，提高微波能量利用率、增大金刚石膜的沉积面积和沉积速度。膜的沉积面积和沉积速度。
【技术实现步骤摘要】
一种新型微波谐振腔及微波等离子体化学气相沉积装置
[0001]本专利技术属于微波等离子体化学气相沉积
，特别涉及一种新型微波谐振腔及微波等离子体化学气相沉积装置。
技术介绍
[0002]微波等离子体化学气相沉积（Microwave plasma chemical vapor deposition）简称MPCVD，是一种将微波发生器产生的微波用波导管经隔离器进入沉积室，在微波的激励下，使沉积室中的气体分子电离产生等离子体，在托盘衬底上沉积得到金刚石膜。
[0003]该技术在金刚石膜沉积过程中高度可控，并且这种方法制备的金刚石膜具有品质优异、颜色净度高等特点，该技术最关键的部分是设计微波谐振腔；到目前为止，MPCVD金刚石膜沉积装置已经历了从石英管式、石英钟罩式、圆柱谐振腔式、环形天线式、椭球谐振腔式到碟形腔式的发展过程；在过去的几十年中，MPCVD技术日新月异，有了极大的进展，并且MPCVD微波谐振腔也得到了充分的研究，其内部结构有了很大的改进。
[0004]在圆柱形谐振腔式的基础上，行业内又先后出现了椭球式和碟形腔式，碟形腔式又由于自身的稳定性、便于加工性、高功率性逐步成为行业内的最优的选择。但是，不同的装置都存在着一些共性问题：在腔体内部，高微波输入功率条件下容易产生次生等离子体、微波能量利用效率较低、沉积面积小等。
[0005]目前，传统的碟形腔式MPCVD装置普遍采用平顶盖结构，这个方式容易在顶盖处产生次级等离子体，次级等离子体会产生非晶碳附着在顶盖上，当附着的非晶碳够多时，会从顶盖上掉落，污染托盘衬底上的金刚石膜，不利于金刚石膜的正常生长。
[0006]然而，行业内普遍存在的次生等离子体问题还一直存在，次生等离子体又严重影响金刚石的生长，次生等离子体问题成为制约行业发展的重点、难点问题，但是，如何消除次生等离子体的研究一直停滞不前，次生等离子体是由微波电磁场激发产生的，削弱次生等离子体处的电场强度也就意味着消除了次生等离子体，因此，如何削弱次生等离子体处的电场强度成为业内共同努力的目标；电磁场看不见、摸不着，微波谐振腔又是不规则的结构，改进电磁场在微波谐振腔内的分布、削弱次生等离子体处的电场强度、消除次生等离子体并不容易！得益于近几年来计算机模拟仿真技术的发展，使上述研究成为了可能。
[0007]因此，为了消除次级等离子体，针对传统的平顶盖的MPCVD装置，提供了一种能改善微波电磁场，消除次生等离子体的微波谐振腔及微波等离子体化学气相沉积装置。
技术实现思路
[0008]本专利技术的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种新型微波谐振腔及微波等离子体化学气相沉积装置，消除次生等离子体，进而消除附着在顶盖上的多晶碳，有利于金刚石膜的生长。
[0009]为解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种新型微波谐振腔，包括由腔体盖和腔体底板构成的沉积室以及与沉积室上至
下连通设置的同轴波导，沉积室内设有沉积台及凸设的顶盖，且凸设的顶盖朝向沉积台布设为V型凸台或W型凸台，而沉积台通过石英窗与腔体底板连接；所述腔体盖的顶部开有用于通入反应气的进气口，而腔体底板上开有用于与真空泵连接的出气口以及用于与同轴波导连通的主孔。
[0010]所述沉积台设为锥形沉积台，且远离腔体底板侧设为短面端，靠近腔体底板侧设为长面端。
[0011]所述腔体底板的上表面及沉积台的下表面相应开有矩形沟槽，且矩形沟槽中配设有橡胶垫，石英窗夹置位于矩形沟槽中的橡胶垫内。
[0012]所述同轴波导与腔体底板连接并置于主孔下方，且同轴波导与模式转换器连接。
[0013]所述腔体底板与腔体盖的结合处采用胶圈密封。
[0014]所述沉积台上方设有托盘。
[0015]一种微波等离子体化学气相沉积装置，所述微波等离子体化学气相沉积装置包括微波系统、真空系统、供气系统以及如权利要求1
‑
6中任意一项所述的新型微波谐振腔。
[0016]所述微波系统包括依次连接的微波发生器、隔离器、三销钉及矩形波导，且矩形波导的出口与模式转换器的入口法兰连接，经矩形波导传输的微波进入模式转换器。
[0017]所述模式转换器的右端连接有短路活塞，且短路活塞左右滑动可调。
[0018]本专利技术的有益效果是：（1）该新型微波谐振腔及微波等离子体化学气相沉积装置，通过在沉积室内设置凸设的顶盖，且凸设的顶盖朝向沉积台布设为V型凸台或W型凸台，可改善谐振腔内的微波电磁场，消除顶盖处的电场强度，进而使顶盖处不产生等离子体，可消除次生等离子体对金刚石膜生长的不利影响，有利于金刚石膜的沉积。
[0019]（2）本专利技术的带有锥形沉积台的谐振腔可以增大托盘上的电场强度和区域，改善谐振腔内的微波电磁场，进而增大等离子体，提高微波能量利用率、增大金刚石膜的沉积面积和沉积速度；沉积台设为锥形沉积台，可以提高微波能量利用率，进而增大金刚石膜的沉积面积。
[0020]（3）结合计算机模拟仿真技术验证了本专利技术设计的新型微波谐振腔及微波等离子体化学气相沉积装置，在顶盖设置V型凸台或W型凸台的微波谐振腔及MPCVD装置，可以改变电磁场在微波谐振腔内的分布，削弱次生等离子体处的电场强度，消除次生等离子体，解决制约行业发展的重点、难点问题。
附图说明
[0021]图1是本专利技术带有W型顶盖的MPCVD装置结构示意图；图2是本专利技术带有V型顶盖的MPCVD装置结构示意图；图3是本专利技术带有锥形沉积台的MPCVD装置结构示意图；图4是微波谐振腔内电场分布模拟的流程图；图5是微波谐振腔的设计流程图；图6是传统的碟形腔式MPCVD装置谐振腔内部电磁场的分布云图；图7是带有W型顶盖的MPCVD装置谐振腔内部电磁场的分布云图；图8是带有V型顶盖的MPCVD装置谐振腔内部电磁场的分布云图；
图9是带锥形沉积台的MPCVD装置谐振腔内部电磁场的分布云图。
具体实施方式
[0022]以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。
[0023]本专利技术提供了一种新型微波谐振腔及微波等离子体化学气相沉积装置，如图1至图9所示。
[0024]该新型微波谐振腔，包括由腔体盖16和腔体底板8构成的沉积室15以及与沉积室15上至下连通设置的同轴波导7，沉积室15内设有沉积台13及凸设的顶盖18，且凸设的顶盖朝向沉积台布设为V型凸台19或W型凸台18，而沉积台15通过石英窗11与腔体底板8连接；所述腔体盖16的顶部开有用于通入反应气的进气口17，而腔体底板8上开有用于与真空泵连接的出气口9以及用于与同轴波导7连通的主孔。
[0025]所述沉积台13设为锥形沉积台，且远离腔体底板8侧设为短面端，靠近腔体底板8侧设为长面端；所述沉积台13上方设有托盘14，托盘14位于沉积台13正上方，托盘14内可放置金刚石晶种片，氢气、甲烷等反应气经过进气口17进入沉积室15内，进气口17外接的进气系统和出气口9本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种新型微波谐振腔，其特征在于：包括由腔体盖和腔体底板构成的沉积室以及与沉积室上至下连通设置的同轴波导，沉积室内设有沉积台及凸设的顶盖，且凸设的顶盖朝向沉积台布设为V型凸台或W型凸台，而沉积台通过石英窗与腔体底板连接；所述腔体盖的顶部开有用于通入反应气的进气口，而腔体底板上开有用于与真空泵连接的出气口以及用于与同轴波导连通的主孔。2.根据权利要求1所述的一种新型微波谐振腔，其特征在于：所述沉积台设为锥形沉积台，且远离腔体底板侧设为短面端，靠近腔体底板侧设为长面端。3.根据权利要求1所述的一种新型微波谐振腔，其特征在于：所述腔体底板的上表面及沉积台的下表面相应开有矩形沟槽，且矩形沟槽中配设有橡胶垫，石英窗夹置位于矩形沟槽中的橡胶垫内。4.根据权利要求1所述的一种新型微波谐振腔，其特征在于：所述同轴波导与腔体底板连接并置于主孔下方，且同轴波...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡玉珺，赵炯，赵延军，常豪锋，梅远洋，刘洋，
申请(专利权)人：郑州磨料磨具磨削研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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