CN105506577A - 一种类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置 - Google Patents

一种类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，包括安装于保护外壳左端的隔板，隔板中部横向安装有工艺气体进气管，隔板左端面安装有内部挡板，内部挡板外周的隔板上固定有安装法兰，安装法兰上安装有离子源挡圈，内部挡板外侧间隔安装有工艺气体扩散板，工艺气体扩散板外周设有贯穿安装在内部挡板和隔板上的阳极，阳极与工艺气体扩散板之间钨丝。本发明的结构设计新颖，通过工艺气体扩散板及阳极的结构设计，可以有效提高工艺气体扩散均匀性，从而使薄膜的均匀性提高和沉积速率，而且二者可调节。

Description

一种类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置
技术领域：
本发明涉及类金刚石薄膜制造，尤其涉及一种类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置。
背景技术：
化学气相沉积方法制作类金刚石薄膜的原理是：如附图1所示，1、高温钨丝阴极发射热电子；2、工艺气体通过进气管从钨丝背后进入真空腔室后，扩散并充满真空腔室；3、部分电子和工艺气体碰撞，把中性工艺气体电离成碳离子或者碳氢离子；4、碳离子或者碳氢离子沉积在基片表面，形成类金刚石薄膜。
为了提高薄膜沉积效率，需要有效地将阴极钨丝发射的电子牵引至离子源的出口，以增加出口处电子和工艺气体分子的碰撞和电离概率，从而增加被电离的工艺气体沉积在基片表面的速度。如附图1所示，目前行业中的设计方法是：1、在离子源的出口设置了正电势的栅极，栅极为平面网状结构，电子受到栅极的吸引聚集在离子源的出口附近，从而增加了出口处的离化的工艺气体的密度；2、基片上施加负电势的偏压，以吸引被离化的带正电的工艺气体。这两种方式可以有效地提高类金刚石薄膜的沉积速率。
现有的设计中，存在如下不足之处：1、工艺气体从直径6mm~10mm的狭窄管道进入真空腔室，扩散不均，气体分子密度不均匀，使得空间中离化的气体分布不均匀，从而导致薄膜的均匀性降低；2、阳极和栅极位置固定，薄膜的均匀性不易调节。
发明内容：
为了弥补现有技术问题，本发明的目的是提供一种类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，有效的解决了工艺气体扩散不均而导致薄膜的均匀性降低、薄膜的均匀性不易调节的问题。
本发明的技术方案如下：
类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，包括安装于保护外壳左端的隔板，隔板中部横向安装有工艺气体进气管，隔板左端面安装有内部挡板，内部挡板外周的隔板上固定有安装法兰，其特征在于，所述的安装法兰上安装有离子源挡圈，内部挡板外侧间隔安装有工艺气体扩散板，工艺气体扩散板外周设有贯穿安装在内部挡板和隔板上的阳极，阳极与工艺气体扩散板之间设有钨丝。
所述的类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，其特征在于，所述的保护外壳内腔中设有位于工艺气体进气管出口端一侧的磁铁。
所述的类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，其特征在于，所述的工艺气体扩散板距离内部挡板距离1.5~5mm，其形状为直径50~95mm的圆板，圆板中心设有喇叭孔，喇叭孔的小端朝向工艺气体进气管进口端且等高。
所述的类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，其特征在于，所述的阳极包括支座及引导管、保护筒，保护筒内孔中设有支座，支座为三根呈品字型分布的固定杆，固定杆贯穿保护筒，固定杆一端固定于内部挡板和隔板，另一端铰接安装有连杆，连杆端部连接于引导管一端的外壁上，引导管与工艺气体进气管同轴；支座相对钨丝的高出3~10mm，阳极偏压40~125V。
所述的类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，其特征在于，所述的引导管的长度一般为35~80mm，壁厚0.5~2.5mm，外径15~35mm。
所述的类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，其特征在于，所述的离子源挡圈整体为筒体形，筒体两端设有带有通孔的环形板，进口端通孔直径为55~125mm。
所述的类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，其特征在于，所述的钨丝直径为25~55mm，钨丝中部折弯成波浪形，左右还设有两段水平延伸段，延伸段末端向上折弯成U形，钨丝固定于固定架上，固定架安装于离子源挡圈左端。
本发明的优点是：
1、本发明扩散板置于管道和真空腔室之间，直径在50mm-95mm范围，距离腔室内壁1.5mm-5mm，它能使工艺气体从现行的直径6mm-10mm狭窄管道进入真空腔室改变为在直径50mm-95mm的范围内均匀扩散到真空腔室，扩散板提高了分子密度均匀性，从而提高了沉积薄膜均匀性。
2、本发明设计了位置和尺寸可调的阳极，通过调节阳极的大小和相对位置，并配合对阳极施加可调的偏压，来改变钨丝发射的电子的空间区域密度，从而改变了离化气体的密度，实现了对薄膜均匀性和沉积速率的调节。
附图说明：
图1为传统方法加工过程中离子源中离子的引出装置结构示意图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为本发明的工艺气体扩散板结构示意图。
图4为本发明的阳极结构示意图。
图5为本发明的离子源挡圈结构示意图。
图6为本发明的钨丝结构示意图。
附图标记：保护外壳1；隔板2；工艺气体进气管3；内部挡板4；安装法兰5；离子源挡圈6；工艺气体扩散板7；阳极8；钨丝9；磁铁10；腔室11；栅极12；基片13；碳离子、碳氢离子等离子体14。
具体实施方式：
参见附图：
类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，包括安装于保护外壳1左端的隔板2，隔板2中部横向安装有工艺气体进气管3，隔板2左端面安装有内部挡板4，内部挡板4外周的隔板上固定有安装法兰5，安装法兰5上安装有离子源挡圈6，内部挡板4外侧间隔安装有工艺气体扩散板7，工艺气体扩散板7外周设有贯穿安装在内部挡板4和隔板上的阳极8，阳极8与工艺气体扩散板7之间设有钨丝9。
保护外壳1内腔中设有位于工艺气体进气管出口端一侧的磁铁10。
工艺气体扩散板7距离内部挡板距离1.5~5mm，其形状为直径50~95mm的圆板，圆板中心设有喇叭孔7.1，喇叭孔的小端朝向工艺气体进气管进口端且等高。
阳极8包括支座8.1及引导管8.2、保护筒8.3，保护筒8.3内孔中设有支座8.1，支座8-1为三根呈品字型分布的固定杆8.11，固定杆8.11贯穿保护筒8.3，固定杆8.2一端固定于内部挡板和隔板，另一端铰接安装有连杆8.12，连杆8.12端部连接于引导管8.2一端的外壁上，引导管8.2与工艺气体进气管3同轴。
引导管8.2的长度一般为35~80mm，壁厚0.5~2.5mm，外径15~35mm，引导管距离钨丝的高度25~45mm。
离子源挡圈6整体为筒体形，筒体两端设有带有通孔的环形板，进口端通孔直径为55~125mm。
钨丝9直径为25~55mm，钨丝9中部折弯成波浪形9.1，左右还设有两段水平延伸段9.2，延伸段9.2末端向上折弯成U形9.3，钨丝固定于固定架上，固定架安装于离子源挡圈6左端，钨丝温度控制：2050-2750℃。
阳极的引导管8.2与钨丝9及工艺气体扩散板的喇叭孔7.1、工艺气体进气管3在一条水平直线上。
阳极：阳极引导管外径15~35mm，壁厚：0.5~2.5mm，阳极引导管距离灯丝的高度：25~45mm，阳极引导管的长度35~80mm，阳极支座相对钨丝的高度：高出3~10mm，阳极偏压：40~125V。

Claims (7)

1.一种类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，包括安装于保护外壳左端的隔板，隔板中部横向安装有工艺气体进气管，隔板左端面安装有内部挡板，内部挡板外周的隔板上固定有安装法兰，其特征在于，所述的安装法兰上安装有离子源挡圈，内部挡板外侧间隔安装有工艺气体扩散板，工艺气体扩散板外周设有贯穿安装在内部挡板和隔板上的阳极，阳极与工艺气体扩散板之间设有钨丝。
2.根据权利要求1所述的类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，其特征在于，所述的保护外壳内腔中设有位于工艺气体进气管出口端一侧的磁铁。
3.根据权利要求1所述的类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，其特征在于，所述的工艺气体扩散板距离内部挡板距离1.5~5mm，其形状为直径50~95mm的圆板，圆板中心设有喇叭孔，喇叭孔的小端朝向工艺气体进气管进口端且等高。
4.根据权利要求1所述的类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，其特征在于，所述的阳极包括支座及引导管、保护筒，保护筒内孔中设有支座，支座为三根呈品字型分布的固定杆，固定杆贯穿保护筒，固定杆一端固定于内部挡板和隔板，另一端铰接安装有连杆，连杆端部连接于引导管一端的外壁上，引导管与工艺气体进气管同轴；支座相对钨丝的高出3~10mm，阳极偏压40~125V。
5.根据权利要求4所述的类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，其特征在于，所述的引导管的长度一般为35~80mm，壁厚0.5~2.5mm，外径15~35mm。
6.根据权利要求1所述的类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，其特征在于，所述的离子源挡圈整体为筒体形，筒体两端设有带有通孔的环形板，进口端通孔直径为55~125mm。
7.根据权利要求1所述的类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，其特征在于，所述的钨丝直径为25~55mm，钨丝中部折弯成波浪形，左右还设有两段水平延伸段，延伸段末端向上折弯成U形，钨丝固定于固定架上，固定架安装于离子源挡圈左端。
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