CN102833936A

CN102833936A - 一种大气压直流弧放电等离子体发生装置

Info

Publication number: CN102833936A
Application number: CN2012103175776A
Authority: CN
Inventors: 吕晓丹; 芶富均
Original assignee: GUIZHOU XIANGMING TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: GUIZHOU XIANGMING TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2010-05-13
Filing date: 2010-05-13
Publication date: 2012-12-19

Abstract

本发明公开了一种大气压直流弧放电等离子体发生装置，包括放电腔室，在放电腔室的上方设有LaB6阴极和钨阴极，在放电腔室的顶部、LaB6阴极与钨阴极之间设有与工作气体源连接的气体源接口，在放电腔室的底部设有绝缘层，在绝缘层下设有水冷板，在水冷板的下方安装有设有阳极喷嘴的阳极，在LaB6阴极、钨阴极和阳极上设有与直流电源连接的接头，在绝缘层和水冷板中设有能使阳极与放电腔室相同的通道。本发明不仅具有既能降低产生等离子体的功率、同时又能保证产生高密度等离子体的优点，而且还具有电源能量转换率高、操作和维护都方便、使用寿命长、设备简单等优点。本发明特别适合进行快速薄膜沉积使用。

Description

一种大气压直流弧放电等离子体发生装置

技术领域

本发明涉及一种大气压直流弧放电等离子体发生装置，属于直流弧放电等离子体技术领域。

背景技术

目前，PECVD（等离子体增强化学气相沉积)技术已经广泛用于等离子体刻蚀和氢化非晶硅等薄膜的沉积等领域。近年来, 随着PECVD沉积技术的迅猛发展，对等离子体源束流品质的要求也越来越高,特别是对低能和高密度的要求, 因为低能高密度不仅可以提高薄膜沉积率, 而且可以降低等离子体中离子轰击对薄膜造成的损伤的要求，从而提高PECVD技术的使用效率和经济效益。在该技术装置中，关键技术是等离子体发生器。目前广泛使用的是射频等离子体源。这种射频等离子体源的基本原理是通过高频辉光放电的方法使气体电离从而产生等离子体。其电流源的频率通常是几百KHZ到几MHZ，最常用的频率是13.56MHZ。射频感应等离子体源是通过绕在石英玻璃管或者坐落在石英窗顶部的电流线圈来加热产生等离子体。射频容性耦合等离子体源是通过比配器把射频电压加到两块平行平板电极进行放电来产生等离子体。但是这些单源射频等离子体源不能对等离子体密度（决定薄膜沉积速率）和轰击到基片上离子角度分布和能量（影响薄膜质量）进行独立的控制。在现有技术中，为了提高等离子体密度，必须增加射频电源的电压，然而这样做会造成鞘层电势和轰击到基片上离子的能量也将随之增加，而高能量的离子的轰击将导致沉积薄膜的溅射和薄膜的损伤。因此，现有的等离子体发生器的使用效果还是不够理想。

发明内容

本发明的目的是：提供一种既能降低产生等离子体的功率、同时又能保证产生高密度等离子体、并且能保证电源能量转换率高、操作和维护方便、使用寿命长、设备简单的大气压直流弧放电等离子体发生装置，以克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的：本发明的一种大气压直流弧放电等离子体发生装置，包括放电腔室，在放电腔室的上方设有LaB6阴极和钨阴极，在放电腔室的顶部、LaB6阴极与钨阴极之间设有与工作气体源连接的气体源接口，在放电腔室的底部设有绝缘层，在绝缘层下设有水冷板，在水冷板的下方设有安装有阳极喷嘴的阳极，在LaB6阴极、钨阴极和阳极上设有与直流电源连接的接头，在绝缘层和水冷板中设有能使阳极与放电腔室相同的通道。

在上述放电腔室上固定有设有进出水口的阴极冷却套，并且LaB6阴极和钨阴极分别安装在阴极冷却套中。

在上述放电室上还设有进水口和出水口，并且在放电室内设有与进水口和出水口相连通的冷却水管。

在上述阳极上设有冷却水循环通道。

前述通道的直径为3～8毫米。

上述通道的直径最好为4.5毫米。

由于采用了上述技术方案，本发明的直流弧放电等离子体源是利用直流弧放电使气体电离而产生等离子体。其基本原理是工作气体进入等离子体源放电室，热阴极发射电子，在阴极附近形成电子云。在阴极鞘层电场加速下轰击气体原子引起电离，形成等离子体电弧放电。与单源射频等离子体相比，具有等离子体密度和离子能量可以独立控制、等离子体密度、电子和离子温度高、等离子体分布均匀等优点。本发明通过在其中一个阴极使用LaB6和一个钨电极材料，其中的钨阴极有两个作用，一是产生电子，二是可以加热LaB6阴极到1500K以上。钨阴极和LaB6阴极产生大量的电子，这些阴极电子在鞘层电场加速下获得能量与气体发生碰撞从而电离、激发气体产生等离子体，继而使等离子体通过一个多级悬浮的直径为4.5毫米的通道到达阳极。本发明与传统的单纯钨阴极相比，本发明的复合阴极可以降低消耗功率50%以上，并且可以延长阴极的寿命。此外，本发明通过使用LaB6的方法，在降低产生等离子体功率的同时又保证能有效地得到高密度等离子体。本发明所提供的复合式阴极能通过冷却水对其进行有效的冷却。所以，本发明与现有技术相比，本发明不仅具有既能降低产生等离子体的功率、同时又能保证产生高密度等离子体的优点，而且还具有电源能量转换率高、操作和维护都方便、使用寿命长等优点。本发明特别适合进行快速薄膜沉积使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

附图标号说明：1-通道，2-LaB6阴极，3-气体源接口，4-钨阴极，5-放电腔室，6-冷却水管，7-绝缘层，8-水冷板，9-阳极，10-阳极喷嘴，11-进出水口，12-阴极冷却套，13-进水口，14-出水口，15-冷却水循环通道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说。

本发明的实施例：在制作大气压直流弧放电等离子体发生装置时，按照本发明的方法进行制作，即在该装置上至少制作两个阴极，将其中一个阴极采用LaB6（六硼化物）材料制作，而其它的阴极采用钨金属材料制作，并且采用直流电源作为大气压直流弧放电等离子体发生装置。

制作本发明的大气压直流弧放电等离子体发生装置时，本发明的大气压直流弧放电等离子体发生装置的结构示意图如图1所示，其放电腔室5的使用材料可与现有技术一样，制作时，在放电腔室5的上方分别安装一个LaB6阴极2和一个钨阴极4（钨阴极4的数量还可以根据使用的需要安装2个或2～6个），并在每个LaB6阴极2、钨阴极4都制作出一个能方便与直流电源连接的接头，然后在放电腔室5的顶部、LaB6阴极2与钨阴极4之间制作一个能与工作气体源连接的气体源接口3，在放电腔室5的底部安装一层绝缘层7，并在绝缘层7下安装上水冷板8，水冷板8的数量可根据实用需要确定；在水冷板8的下方固定安装上设有阳极喷嘴10的阳极9，在阳极9上也制作一个能方便与直流电源连接的接头，阳极9可采用现有技术中的阳极，在绝缘层7和水冷板8中制作出能使阳极9与放电腔室5相同的通道1，通道1的直径为3～8毫米，在通常情况下，可将通道1的直径制作为4.5毫米；为了达到更好的冷却效果，可在放电腔室5上制作固定设有进出水口11的阴极冷却套12，并且将LaB6阴极2和钨阴极4分别安装在阴极冷却套12中；在放电室5上制作出进水口13和出水口14，并且在放电室5内安装上能与进水口13和出水口14相连通的冷却水管6；为了更好地冷却阳极9，可在阳极9上制作一个能与冷却水源连接的冷却水循环通道15即成。使用时，只需将直流电源的负极连接在LaB6阴极2和钨阴极4的直流电源连接接头上，将直流电源的正极与阳极连接即可。

Claims

1.一种大气压直流弧放电等离子体发生装置，包括放电腔室（5），其特征在于：在放电腔室（5）的上方设有LaB6阴极（2）和钨阴极（4），在放电腔室（5）的顶部、LaB6阴极（2）与钨阴极（4）之间设有与工作气体源连接的气体源接口（3），在放电腔室（5）的底部设有绝缘层（7），在绝缘层（7）下设有水冷板（8），在水冷板（8）的下方安装有设有阳极喷嘴（10）的阳极（9），在LaB6阴极（2）、钨阴极（4）和阳极（9）上设有与直流电源连接的接头，在绝缘层（7）和水冷板（8）中设有能使阳极（9）与放电腔室（5）相同的通道（1）。

2.根据权利要求1所述的大气压直流弧放电等离子体发生装置，其特征在于：在放电腔室（5）上固定有设有进出水口（11）的阴极冷却套（12），并且LaB6阴极（2）和钨阴极（4）分别安装在阴极冷却套（12）中。

3.根据权利要求1所述的大气压直流弧放电等离子体发生装置，其特征在于：在放电室（5）上设有进水口（13）和出水口（14），并且在放电室（5）内设有与进水口（13）和出水口（14）相连通的冷却水管（6）。

4.根据权利要求1所述的大气压直流弧放电等离子体发生装置，其特征在于：在阳极（9）上设有冷却水循环通道（15）。

5.根据权利要求1所述的大气压直流弧放电等离子体发生装置，其特征在于：通道（1）的直径为3～8毫米。

6.根据权利要求5所述的大气压直流弧放电等离子体发生装置，其特征在于：通道（1）的直径为4.5毫米。