CN102496554A - 一种射频功率信号源真空引入电极 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种甚高频功率源信号引入真空腔体的电极，广泛应用于太阳能电池、液晶显示器，属于电学领域。目的为大面积薄膜沉积，提供一种用分体式电极连接装置进入真空腔体内，替代传统的一体式射频电极。技术特征是电极由两个分离的内部电极和外部电极构成，阳极与真空腔体密封接地。外部阴极内的导电螺杆贯通绝缘片至内部阴极，并与内部阴极连接，内部阴极头部接阴极靶板。本发明的有益效果，提高了功率稳定性和大面积薄膜沉积速率。减少了零部件损耗，使电极体的阴极使用寿命延长。
Description
技术领域
本发明涉及一种甚高频功率信号源（13.56MHz~100MHz）引入真空腔体的电极，广泛应用于太阳能电池、液晶显示器，属于电学领域。
背景技术
目前，薄膜太阳能电池采用低温沉积等离子体增强化学气相沉积技术（PECVD），平行电极板容性放电模式。将射频电源（RF）功率信号传输至真空腔室中阴极靶板。采用陶瓷烧结技术的优点是将电极的阳极导体与阴极导体烧结成为一个整体，达到阳极导体与阴极导体的密封。同时，利用陶瓷自身绝缘性使阳极导体与阴极导体绝缘隔离。不足之处，大截面射频电极阴极导体烧结技术难以实现大面积烧结.目前，大面积薄膜沉积的速率可达到4～5?/s，功率密度可达到0.2～0.4w/cm2，一般沉积薄膜1.5～5.7m2需要3～20KW的功率，频率直接影响薄膜沉积速率，现有陶瓷烧结技术难以制作大截面射频电极。此外，陶瓷烧结阴极导体，启动工作时间不长会迅速产生高温，导致整个电极体出现过热现象，一停止工作，整个电极温度下降至常温。这样电极导电体反复的升温、降温，使电极输入口烧结处的陶瓷因热胀冷缩而损坏，破坏密封性。当然，还有甚高频引发的驻波效应和趋肤效应，也会对阴极体造成损坏。因此，需要有效的甚高频馈入模式，使输入电极与连接导体之间接口能够很好的绝缘密封，隔离屏蔽。
发明内容
本发明目的旨在解决由甚高频功率电源传输至电极进入真空腔体接口处产生以上所说因陶瓷烧结导致的电极截面积过小，易烧损，使真空腔体密封下降，严重影响沉积速率和稳定性。为大面积薄膜沉积，提供一种甚高频功率源输入真空腔室内的射频电极接口技术，功率为2000～3000瓦以上，频率范围为13.56MHz～100MHz，阴极电压为2000伏左右，用一种分体式电极连接装置进入真空腔体内，替代传统的一体式射频电极。
本发明的技术解决方案是 ：一种传输甚高频功率源接入真空腔体的射频电极装置，包括射频功率电源，匹配器，由真空电极引入真空腔体的接口电极，其特征是：电极由分离的两个电极部件构成简称内部件和外部件，外部件包括外部阳极围绕外部阴极，内部件包括内部阳极围绕外部阴极，分别构成屏蔽、绝缘、密封的一体电极部件；阳极部件安装在真空腔体的外壁上，阳极导电体与真空腔体外壁接口端均屏蔽、密封，外壁接地。外部阴极和内部阴极之间有隔离绝缘片，外部阴极内的导电螺杆贯通绝缘片至内部阴极，并与内部阴极连接，内部阴极头部接阴极靶板。
内部阳极：是一个带孔的阶梯形轴法兰，该法兰前端轴伸入真空腔体内，与真空腔体密封并紧密结合；在内部阳极轴法兰大端面有沉孔和中间通孔，该中间通孔由内部阴极穿越入真空腔体，该通孔对内部阴极形成屏蔽。
外部阳极：同样是一个带通孔的阶梯轴法兰，在法兰大端面有沉孔，中间有通孔容纳外部阴极，通孔的内表面与射频电源输入端的正极紧密电接触，由导电螺栓连接内部阳极和外部阳极，固定在真空腔体阳极接地。
内部阴极：是一个导电轴体，前端带外螺纹、后端有内螺纹孔，轴的前端外螺纹和真空腔体内部的阴极靶板的电缆接头相连，后端内螺纹与阴极螺杆连接。
外部阴极：是一个带阶梯孔的导电轴体，在其轴体的孔壁上开有弹性切口，该轴体与射频电源输入端口的阴极插入孔壁内表面紧密接触，阶梯孔的另一端面的有小孔内有密封槽，其内装密封圈压紧在绝缘片上，导电螺杆为中间大两头小的阶梯轴，一头有外螺纹，外螺纹旋入内部阴极的内螺纹，螺杆的中间端面开有密封槽，装入密封圈压紧在外部阴极的阶梯孔的大孔内端面，外部阴极通过螺杆与内部阴极连接导通。绝缘片是放置在外部阴极和内部阳极中间。外部阴极其内径小于射频电源的阻抗匹配器输出端阴极导体的外径，保证在匹配器输出端阴极导体插入具有弹性切口的外部阴极时接触良好，降低接触电阻，减少功率损耗，减少发热。内、外部阴极和阳极以及螺杆均为导体，内、外部阴极优选为表面镀金的黄铜，内外部阳极优选为表面氧化处理的铝合金。所述的绝缘片为绝缘材料，优选为陶瓷。
本发明的有益效果，实现了本发明目的，有效的解决了甚高频馈入模式，由于电极采用分离部件，使输入电极与连接导体之间接口能够很好的密封、绝缘、隔离屏蔽。提高了射频功率稳定性和大面积薄膜沉积速率和均匀性。使用该装置减少了零部件损耗，使电极体的阴极使用寿命延长。
附图说明
图1、是本发明射频电源引入真空腔体示意图。
图2、是本发明实施例1电极平面结构示意图。
图3、是本发明的立体结构示意图。
图4、是本发明匹配器与引入电极连接的示意图。
见图1所示，射频功率电源9由匹配器8将功率信号通过引入电极7传入至真空腔室301，可调电容C1、C2，电感L。图2中，内部阴极101，外部阴极102，铜螺杆103，内部阳极201，外部阳极202，紧固螺栓203，绝缘片3，密封圈4，真空腔体外壁5，见图4，射频电源匹配器8输出端801。传输至引入电极7为安装在真空腔体内部的射频电极的阴极导体，安装在真空腔体内部的射频电极的阳极导体，5为真空腔体的外壁， 4为“O”型密封圈，203为螺栓固定阳极部件，102为外部阴极导体安装在外部阳极202内，螺杆103贯通绝缘片3内外部阴极101、102。绝缘片3将阳极部件和阴极部件密封绝缘，阴极导体可采用黄铜，为防止表面氧化影响导电性，表面可采用镀金处理；绝缘片3可采用陶瓷或聚四氟乙烯材料；为减轻部件的重量同时保证良好的导电性，阳极导体可采用表面经过防氧化处理的铝合金材料。通过“O”型密封圈4和阴极导体紧固螺栓203将真空腔体内部电极的阴极101导体与真空腔体外部电极的阴极102导体密封。通过“O”型密封圈4和紧固螺栓203及绝缘片3将真空腔体内部电极的阳极导体201与真空腔体外部电极的阳极导体密封。
见3-4图，真空腔体外壁5安装外部阴极102，103螺杆通过外部阴极102腔体内壁和内部阴极101连接，外部阳极202阳通过螺栓203与真空腔体外壁5紧固，为保证外部阴极102导体与射频电源输入端6有良好电接触，将外部阴极102导体的四周均匀切割，导体的内径略小于射频电源输出端的阴极导体的外径。
具体实施方式
例1、见图2，本实施例由内部阴极101、外部阴极102、铜螺杆103、内部阳极201、外部阳极202、紧固螺栓203、绝缘片3、密封圈4组成，内部阳极201为带紧固孔阶梯轴法兰，法兰前端轴伸入真空腔体外壁5内，法兰前端面开有密封槽，装入密封圈4与真空腔体外壁5压紧，法兰大端面有沉孔，用来放置绝缘片3，沉孔内端面有密封槽，装入密封圈4压紧在绝缘片3上，中间通孔用来使内部阴极101穿过进入真空腔室内，外部阳极202也为带孔的阶梯轴法兰，法兰大端面有沉孔，和内部阳极201法兰大端面的沉孔一起将绝缘片3夹住压紧，中间通孔用来容纳外部阴极102，通孔的内表面与射频电源9匹配器8的输出端801的阳极接触，通过螺栓203将内部阳极201和外部阳极202一起固定在真空腔体外壁5上，实现阳极连接。内部阴极101为一前端带外螺纹、后端带内螺纹孔的轴，前端外螺纹用来和真空腔体内部的阴极电极板相连，后端内螺纹用来与铜螺杆103连接，外部阴极102为带阶梯孔的轴，孔壁开有切口，使其具有弹性，射频电源匹配器输出端801的阴极插入内表面可以紧密接触，外部阴极102端面开有密封槽，装入密封圈4压紧在绝缘片3上，螺杆103为中间大两头小的阶梯轴，一头有外螺纹，外螺纹旋入内部阴极101的内螺纹，螺杆103的中间端面开有密封槽，装入密封圈4压紧在外部阴极102的阶梯孔端面，外部阴极102通过螺杆103与内部阴极101实现阴极连接。
采用本实施例可生产加工规格为1100mm×1400mm及以上大面积的薄膜太阳能电池，采用射频电源的频率为40.68MHZ，功率在3～4.5kW，外部阴极102导体的截面为Φ20mm或以上，可以正常使用，不会出现电极温度高的现象，对比以前使用陶瓷烧结的电极因阴极导体的截面小，导致功率在2KW左右，就出现整个电极温度过高，导致电极烧坏。
实施例2
电极条件同实施例1中，使用本发明的电极引入，沉积速率4—5?/s，功率密度0.2～0.4w/cm2，沉积薄膜1.5～5.7m2需要3～20KW的功率，可以正常使用，不会出现电极温度过高的现象。
Claims (12)
1. 一种射频功率信号源真空引入电极，包括射频功率电源，匹配器，电极引入真空腔体，其特征在于接入真空腔体的电极是真空电极，该电极由分离的内外两个屏蔽、密封部件构成，外电极部件和内电极部件分别由外部阳极和外部阴极、内部阳极和内部阴极构成；阳极部件安装在真空腔体壁上接地；阴极部件由外阴极和内阴极构成，内部阴极头部接阴极靶板。
2. 根据权利要求1所述的一种射频功率信号源真空引入电极，其特征在于所说的阳极部件与真空腔体外壁接口端均屏蔽、密封，并与真空腔体的外壁接地。
3. 根据权利要求1所述的一种射频功率信号源真空引入电极，其特征在于所说的阴极部件，包括外部阴极和内部阴极之间隔离绝缘片，外部阴极内的导电螺杆贯通绝缘片至内部阴极，并与真空腔体内阴极靶板连接。
4. 根据权利要求1所述的一种射频功率信号源真空引入电极，其特征在于所说的阳极部件是一个带孔的阶梯形轴法兰，该法兰前端轴伸入真空腔体内，且与真空腔体密封、紧密结合。
5. 根据权利要求4所述的一种射频功率信号源真空引入电极，其特征在于所说的阳极部件的内部阳极是一个带孔的阶梯形轴法兰，在该轴法兰大端面中间有沉孔和通孔，内部阴极穿越该内部阳极中间通孔进入真空腔体，所说内部阳极通孔对内部阴极形成绝缘屏蔽。
6. 根据权利要求4所述的一种射频功率信号源真空引入电极，其特征在于所说的外部阳极是一个带通孔的阶梯轴法兰，在法兰大端面有沉孔，该沉孔中间有通孔容纳外部阴极，通孔的内表面与射频电源输入端的正极紧密接触；由导电螺栓连接内部阳极和外部阳极，固定在真空腔体阳极接地。
7. 根据权利要求1所述的一种射频功率信号源真空引入电极，其特征在于所说的内部阴极是一个轴导电体，该导电体前端带外螺纹、后端有内螺纹孔，轴的前端外螺纹和真空腔体内部的阴极靶板的电缆接头相连，后端内螺纹与阴极螺杆连接。
8. 根据权利要求1所述的一种射频功率信号源真空引入电极，其特征在于所说的外部阴极是一个带阶梯孔的导电轴，在其轴体的孔壁上开有弹性切口，该轴体与射频电源输入端口的阴极插入孔壁内表面紧密接触，阶梯孔的另一端面的有小孔内有密封槽，其内装密封圈压紧在绝缘片上。
9. 根据权利要求8所述的一种射频功率信号源真空引入电极，其特征在于所说的外部阴极内的螺杆是一个导电体，螺杆是一中间大两头小的阶梯轴，一头有外螺纹，外螺纹旋入内部阴极，螺杆的中间端面有密封槽，装入密封圈压紧在外部阴极的阶梯孔的大孔内端面，外部阴极通过螺杆与内部阴极连接导通。
10. 根据权利要求9所述的一种射频功率信号源真空引入电极，其特征在于所说的绝缘片是放置在外部阴极和内部阳极中间。
11. 根据权利要求9所述的一种射频功率信号源真空引入电极，其特征在于所说的外部阴极，其外部阴极其内径小于射频电源的匹配器输出端阴极导体的外径。
12. 根据权利要求11所述的一种射频功率信号源真空引入电极，其特征在于所说的外部阴极包括具有弹性切口的输入端。
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