一种微波等离子体实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种实验教学仪器，旨在提供一种微波等离子体实验装置。该装置包括微波系统，真空系统、水冷却系统和气路调配系统，微波系统的磁控管至少通过一矩形波导管、三端口环行器和四销钉调配器并连接于微波谐振腔，微波谐振腔内设置有石英管反应室，微波谐振腔还接有一短路活塞。本实用新型专利技术不但能制备金刚石镀膜及进行等离子体碳膜刻蚀，还能制备多壁碳纳米管，单壁碳米管，一维纳米结构，提供一个通过等离子体辅助增强化学气相沉积法制备多种功能镀膜和纳米结构的平台。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种实验教学仪器，尤其是一种微波等离子体实验装置， 是用于制备多(单)壁碳纳米管、 一维纳米结构的微波等离子体实验装置。
技术介绍
随着大规模集成电路的发展，对单个器件尺寸的要求越来越高，在超大 规模集成电路中金属导线越来越细，使得通过导线的电流密度越来越大，导 线原子在大电流密度的情况下，可能发生迁移，从而造成短路、断路、导致 器件失效，电迁移是影响器件可靠性的重要因素之一。而碳纳米管的通流能力可以达到109 1010A/cm2，而且可以在较高的温度下稳定地存在而没有迁 移现象，碳纳米管优异的通流能力为集成电路的发展注入了新的活力。目前，应用于国内大专院校的等离子体实验装置，因其技术、结构等方 面的局限，只能开展金刚石镀膜的制备、微波等离子体刻蚀加工演示性实验。 由于装置的加热温度《70(TC，当开机时间稍长后，微波源的磁控管发热后的 功率损耗大，高压变压器表面温度达14(TC,以及只有二路供气及真空系统只 用一只旋片式真空泵，其真空度不能抽至0.1Pa以下，以致制备内容受到限制 等缺陷，无法制备各种碳纳米管及碳纳米结构的物质，同时学校也无法进行 轮番实验的课时安排。由于碳纳米管具有优异的物理和化学性质，它成为近 二十年来最前沿的研究热点之一，目前能实现大规模工业生产的就是利用微 波等离子体化学气相沉积法，因此，如果实验装置缺少对该项目的研究，显 然对大学本科生关于近代物理知识的掌握是不利的。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种结构更合理、 可靠，不但能制备金刚石镀膜及进行等离子体碳膜刻蚀，还能制备多壁碳纳 米管，单壁碳米管， 一维纳米结构的微波等离子体装置。它用等离子体辅助 化学气相沉积技术制造纳米管，可以为凝聚态物理、化学、材料，机械加工 等多种专业的研究人员提供一个通过等离子体辅助增强化学气相沉积法制备4多种功能镀膜和纳米结构的平台。为实现上述目的，本技术是通过如下技术方案来实施的 一种微波等离子体实验装置，包括微波系统，真空系统、水冷却系统和气路调配系统，所述微波系统的磁控管至少通过一矩形波导管、三端口环行器和四销钉调配器并连接于微波谐振腔；所述微波谐振腔内设置有石英管反应室；所述微波谐振腔还接有一短路活塞。作为本技术的进一步改进，所述短路活塞为可用螺杆调节的活塞结构。作为本技术的进一步改进，所述磁控管上设有与所述水冷却系统相 连的接口；提供磁控管电源的高压变压器上部装有散热器，下部安装了封闭 的金属块，金属块内部有接口与所述水冷却系统相连。作为本技术的进一步改进，所述矩形波导管的前面连接三端口环行 器；所述三端口环行器的周围设置有与连接所述水冷却系统的水负载；所述 水负载的后部装有一检波器，并与安装于面板的反射功率测量仪表相连。作为本技术的进一步改进，所述石英管反应室内设置有一基片平台； 所述基片平台下部分别装有测温热电偶及加热元件，并与基片温度控制仪表 相连接；所述基片平台由升降杆调节基片平台在石英管反应室内的位置。作为本技术的进一步改进，所述真空系统中设有旋片式真空泵及能 使真空度抽至10" l(T5Pa的油扩散泵，通过抽气口连接所述石英管反应室 上的抽气口，同时连接隔膜阀和针孔微调阀，并也同时连接于指针式真空计 和数字式真空计。作为本技术的进一步改进，所述水冷却系统连通于设置在微波谐振 腔上的环形水冷支架，同时冷却水还连通磁控管和高压变压器。作为本技术的进一步改进，所述气路调配系统配有5路气源，设置5 只流量计；所述流量计的其中1只与储液罐相连，其余4只与设置在微波谐 振腔上的工作气体输入口分别相连。在本技术装置的总电源输入处还可设置一过流、漏电保护开关，当 装置发生漏电、短路等现象时，开关会自动切断电源。本技术利用微波系统提供矩形波导中的2.45GHz的微波TE10模式， 将低压气体激发为等离子体，源物质在等离子体中气相化学反应，在相应的 空间生成合成化学物或沉积为所需的材料。本技术在保持原有技术的制备金刚石镀膜的基础上，通过PECVD(等5离子体辅助化学气相沉积)可制备多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、 一维纳米 结构。与现有技术相比，本技术的有益效果是-1) 微波系统中磁控管由风扇降温改进为利用装置内部冷却系统循环冷却 水降温，使磁控管工作时因温度不会升高，更进一步降低功率损耗。2) 现有技术中提供给磁控管电源的800W变压器在连续工作2小时后， 其表面温度已达140) 'C，显然对制备纳米材料(须连续工作3-5小时)时不 能信任，现采用对变压器进行双重冷却方法，即在变压器上部加一散热器， 其底部安装在一密闭的金属块上并通以装置内部冷却系统的循环冷却水，使 变压器在长期连续工作时，其表面温度保持在《8(TC。3) 装置中增加了水负载反射波检波器，它能监视反射波对磁控管反射功 率的大小，又能在等离子体负载大范围变化时方便地调节至最佳匹配，达到 微波功率的最佳传输，同时通过测量仪表显示实时工作状态。4) 将现有技术中的三销钉调配器改为四销钉调配器，使之调节细度更细， 从而可将反射功率调到最小，等离子体负载吸收的入射功率最大。5) 真空系统增加了一只K型油扩散泵，使系统的真空度能抽至10-1 10-5Pa，完全能胜任制备碳纳米管等材料的真空要求。6) 由现有技术的二路进气改进为四路进气，其中一路接有不锈钢液体罐， 这样可满足各种气体混合比例和催化剂的要求进入石英管反应室，以致制备 薄膜或物质内容增加。7) 现在技术中的等离子体自加热温度为《70(TC，而制备碳纳米管的温度 为90(TC左右，因此，改进后的装置中又增加了电加热，使其石英管反应室温 度能达到1050°C，可制备各种碳纳米材料及物质。8) 装置中增加了一过流、漏电保护开关，提高了教学实验时的安全系数。附图说明图1为本技术整体结构示意图2为本技术微波等离子体系统结构示意图3为本实用型微波谐振腔结构示意图。图中1、数字式真空计，2、指针式真空计，3、阳极电压指示仪表， 4、阳极电流指示仪表，5、微波反射功率测量仪表，6、流量计，7、隔膜 阀，8、针孔微调阀，9、储液罐，10、真空抽气口， 11、排气口， 12、真空泵，13、 K型油扩散泵，14、髙压变压器，15、冷凝机组，16、循 环水泵，17、水箱，18、冷却水进口， 19、冷却水出口， 20、微波等离子 体系统，21、冷却水温度控制仪表，22、交流自耦调压器，23、基片温度 控制仪表，24、磁控管，25、磁控管电源接接口， 26、磁控管冷却水接口， 27、矩形波导管，28、三端口环行器，29、水负载，30、检波器，31、 四销钉调配器，32、微波谐振腔，33、观察窗，34、冷却水接口， 35、 石英管反应室，36、环形水冷支架，37、工作气体输入口， 38、活塞调节 镙杆，39、短路活塞，40、基片平台，41、测温热电偶，42、石英管反 应室抽气口， 43、升降杆，44、加热元件。具体实施方式以下结合附图对本技术作进一步说明如图1所示，本装置的上部面板上安装有各类测量仪表l、 2、 3、 4、 5、 20、 22，安装有流量计6 (五只)、隔膜阀7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波等离子体实验装置，包括微波系统，真空系统、水冷却系统和气路调配系统，其特征在于，所述微波系统的磁控管（２４）至少通过一矩形波导管（２７）、三端口环行器（２８）和四销钉调配器（３１）并连接于微波谐振腔（３２）；所述微波谐振腔（３２）内设置有石英管反应室（３５）；所述微波谐振腔（３２）还接有一短路活塞（３８）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：乐培界，谢文明，周岐尔，周锦生，
申请(专利权)人：乐培界，
类型：实用新型
国别省市：33[中国|浙江]