CN106884155A - 热丝承载架及金刚石薄膜沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热丝承载架以及金刚石薄膜沉积设备。本发明的热丝承载架包括主架体以及安装于主架体上的多根热丝，并且所述主架体包括平行设置的两固定架以及多个连接件；其中，多个所述连接件可拆卸地装设于所述固定架上，并可于所述固定架上沿水平方向左右滑动，所述主架体通过所述固定架上的连接件连接所述热丝，并且调节所述连接件可相应调节所述主架体上所安装的热丝的数量以及所安装热丝之间的间距。本发明的热丝承载架及金刚石薄膜沉积设备，可解决传统金刚石薄膜沉积设备中热丝固定不可调，导致无法灵活调控温度场而导致生成成本偏高、生产效率难以提高的问题。

Description

热丝承载架及金刚石薄膜沉积设备

技术领域

本发明涉及化学气相沉积金刚石图层领域，具体涉及金刚石薄膜加工领域，尤其涉及一种用于沉积金刚石薄膜的热丝承载架以及用于在铣刀上加工金刚石薄膜的金刚石薄膜沉积设备。

背景技术

热丝气相沉积法制备金刚石薄膜的基本原理如下：将具有金刚石分子结构的碳源(如甲烷、丙酮等)和氢气的混合气体通过金属热丝，然后通过对金属热丝施加电压与电流从而使金属热丝发热来分解混合气体，获得所需的各种碳氢基团。具体的，该混合气体在由金属热丝形成的高温范围内分解出甲基和氢原子，并在一定的腔内压力下，大量的甲基与温度合适的衬底表面发生化学作用，以及大量甲基之间相互发生复杂的复合反应，从而生成各种sp、sp2和sp3杂化的碳氢基团。由于原子氢对sp2键结构的碳有很强的刻蚀作用，因而能抑制石墨的生成。同时原子氢对sp3键结构碳的刻蚀作用较小，且具有一定的稳定作用，所以最终沉积在衬底上的是热力学不稳定的金刚石，而非热力学稳定的石墨，进而在基体表面形成不连续的金刚石晶核。

因此，要得到品质良好的金刚石薄膜，就需要适合而且稳定的温度场来裂解混合气体，才能产生氢原子以及各种碳氢基团，其中，温度场主要受到热丝以及样品衬底的影响。然而，现有的金刚石薄膜沉积设备中的热丝通常是固定不可调的，导致其温度场也无法灵活调控，难以在满足金刚石膜沉积生长的条件下降低生产成本、提高生产效率。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明实施例提供一种热丝承载架及金刚石薄膜沉积设备，其可解决传统金刚石薄膜沉积设备中由于热丝固定不可调而致使无法灵活调控温度场进而导致生产成本偏高、生产效率较低的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种热丝承载架，包括主架体以及安装于主架体上的多根热丝，所述主架体包括平行设置的两固定架以及多个连接件，多个所述连接件可拆卸地装设于所述固定架上，并可沿着所述固定架的轴向延伸方向移动，所述热丝的相对两端通过所述连接件连接至两个所述固定架上，以通过调整所述固定架上所述连接件的数量相应调整设置于所述主架体上安装的热丝的数量，并通过调节所述连接件的位置以相应调节设置于所述主架体上所述热丝之间的间距。

其中，所述热丝承载架通过拆卸或加装所述固定架上的连接件，对应减少或增加所述主架体上安装的热丝的数量；所述热丝承载架还通过滑动所述固定架上的连接件，对应带动所述连接件上的热丝移动而调节与其他热丝之间的间距。

其中，每一所述固定架上分别开设一沿所述固定架的轴向延伸方向设置的滑槽，所述连接件可拆卸地装设于该滑槽中，并可在该滑槽中沿着所述固定架的轴向滑动，以对应调节固定在被滑动连接件上的热丝与其他热丝之间的间距。

其中，所述热丝承载架还包括若干支撑电极，所述支撑电极垂直连接至所述主架体，用以支撑所述热丝承载架以及为所述热丝供电。

其中，所述热丝承载架还包括多个弹性件，每一所述弹性件连接至一所述热丝与相邻的连接件之间，使每一所述根热丝的至少一端通过所述弹性件连接至所述连接件上，以通过所述弹性件拉紧相连接的热丝。

其中，至少一所述固定架上的所述连接件用于连接所述热丝的一端长度可调。

其中，所述主架体还包括连接框以及连接至所述连接框的至少一连接臂，所述连接框与其中一固定架连接并围成一加工面，所述另一固定架与所述连接臂连接并围成一张紧面，所述张紧面与所述加工面形成一夹角，固定于两个所述固定架上的热丝抵持所述连接框成折线设置，所述热丝对应分成平行所述张紧面的张紧段以及平行加工面的加工段两部分。

另一方面，本发明还提供一种金刚石薄膜沉积设备，其包括上述热丝承载架。

其中，所述金刚石薄膜沉积设备还包括样品基台，所述样品基台包括多个固定孔以及可拆卸装设于所述固定孔中的夹具，所述夹具上设有夹持部，所述样品基台通过所述固定孔固定待加工的样品，或者通过所述固定孔装设所述夹具后，再通过所述夹具的夹持部固定待加工的样品。

其中，所述样品基台与所述夹具均采用高导热材料制成，所述夹持部为中空结构，且所述夹持部的内径与所述固定孔的内径尺寸不同。

综上所述，上述实施例中提供的热丝承载架以及具有上述热丝承载架的金刚石薄膜沉积设备，能够自由调节所述热丝的数量、热丝之间的间距以及所述热丝与所述样品基台的间距，从而实现对不同温度场的控制，可灵活调控得到不同的工艺参数，在满足金刚石膜沉积生长的条件下，降低生产成本，提高生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明热丝承载架的立体组装示意图。

图2是图1所示热丝承载架的侧视图。

图3是本发明金刚石薄膜沉积设备中样品基台的俯视图。

图4是图3所示样品基台装设有夹具后的剖视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明的一部分实施方式，而不是全部实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都应属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。若本说明书中出现“工序”的用语，其不仅是指独立的工序，在与其它工序无法明确区别时，只要能实现所述工序所预期的作用则也包括在本用语中。另外，本说明书中用“-”表示的数值范围是指将“-”前后记载的数值分别作为最小值及最大值包括在内的范围。在附图中，结构相似或相同的单元用相同的标号表示。

本发明实施例提供了一种热丝承载架以及一种具有上述热丝承载架的金刚石薄膜沉积设备，能够自由调节所述热丝的数量、热丝之间的间距以及所述热丝与所述样品基台的间距，从而实现对不同温度场的控制，可灵活调控得到不同的工艺参数，在满足金刚石膜沉积生长的条件下，降低生产成本，提高生产效率。

请参阅图1及图2，图1为本实施例的热丝承载架的立体组装示意图，图2是本实施例的热丝承载架的侧视图。在本发明实施例中，该热丝承载架100，包括主架体10以及安装于所述主架体10上的多根热丝30，所述主架体10包括平行设置的两固定架11以及多个连接件13，多个所述连接件13可拆卸地装设于两个所述固定架11上，并可于所述固定架11上沿其轴向延伸方向滑动(如图1中所示的沿水平方向左右滑动)，所述热丝30的相对两端通过所述连接件13连接至两个所述固定架11上，以通过调整所述固定架11上所述连接件13的数量相应调节设置于所述主架体10上所述热丝30的数量，所述连接件13相对所述固定架11移动以相应调节设置于所述主架体11上所述热丝30之间的间距。例如，通过增加或者减少所述连接件13的数量，对应增加或者减少通过连接件13所固定的热丝30的数量；并且沿水平方向滑动其中一根热丝30相对两端的连接件13，可调节该热丝30相对于其他热丝30之间的间距。

本发明实施例的热丝承载架100，多个所述连接件13可拆卸地装设于两个所述固定架11上，且多个连接件13之间可沿着所述固定架11的沿轴向延伸方向滑动，多个所述热丝30安装于所述连接件13上；通过拆卸或左右滑动等方式调节所述连接件13，即可对应调节安装于连接件13上的热丝30的数量或者调节所述热丝30彼此之间的间距，从而实现对不同的温度场的灵活调控，以满足不同的加工工艺参数的要求，降低生产成本，提高生产效率。

具体的，由于所述连接件13可拆卸地装设于两个所述固定架11上，因此，通过拆卸两固定架11上的所述连接件13，可以减少该固定架11上固定的所述热丝30的数量；相反的，加装更多的连接件13到所述固定架11上，可以增加固定至两个所述固定架11上的热丝30的数量。进一步的，由于所述连接件13还可于两个所述固定架11上沿其轴向水平方向左右滑动，因此，同时滑动任一根所述热丝30两端的连接件13在所述固定架11上左右滑动时，即可带动所固定的热丝30随所述连接件13一起左右移动，从而调节该热丝30与其他热丝30之间的间距。因此，通过上述方式调节该热丝承载架100上的热丝30的数量或者各热丝30之间的间距，即可对应调控该热丝30形成的温度场的参数，以满足不同的加工工艺的参数要求。

在本发明的一个实施方式中，所述固定架11上开设有沿其轴向延伸方向设置的滑槽111，所述连接件13可拆卸地装设于该滑槽111中，并可于该滑槽111中相对固定架11沿其轴向方向左右滑动，对应可调节该连接件13上的热丝30与该固定架11上其它热丝30之间的间距。

进一步的，所述热丝承载架100还包括若干支撑电极50，所述支撑电极50垂直连接至所述主架体10，用以支撑所述热丝承载架100的同时为所述热丝30供电。在本发明的一个实施方式中，所述若干支撑电极50之间相间隔且平行设置，并可通过拆卸替换不同长度的支撑电极50或者通过伸缩调整支撑电极50的长度来调节其支撑高度，对应可调节该热丝承载架100与放置待加工样品的样品基台之间的间距，从而通过调节热丝30与样品之间的间距实现对不同温度场的控制，进而获得不同的工艺参数。因此，在本发明实施例中，由于热丝30的数量、热丝30之间的间距以及热丝30与样品表面间距的可自由控制，因此能提供均匀稳定以及不同温度的温度场，使得金刚薄膜沉积更加稳定有效。进一步地，所述热丝承载装置特适用于对产品最佳沉积工艺参数的前期确定阶段，能极大地提高效率。

进一步的，所述热丝承载架100还包括多个弹性件70，每一所述弹性件70连接至一热丝30与相邻的连接件13之间，使每一所述热丝30的至少一端是通过所述弹性件70连接至所述连接件13上，以通过所述弹性件70发生形变而张紧相连接的热丝30。本发明实施例中，通过增加所述弹性件70来张紧所述热丝30，可有效防止热丝30受热发生膨胀而引起的长度增加所导致的变形，从而避免所述热丝30因为变形而减小与样品之间的间距，最终导致温度场的变化。

可以理解的是，可以仅在每一根热丝30的其中一端设置一弹性件70，也可在每一热丝30的两端分别设置一弹性件70，以通过弹性件70更好的张紧所述热丝30，有效防止热丝30因为变形而减小与样品之间的间距，最终导致温度场的变化。本实施例中，以仅在所述热丝30的同一端设置一弹性件70为例进行说明。

可以理解的是，所述弹性件70可以是螺旋弹簧，也可以是弯折的弹性臂等结构，本发明的实施例不对所述弹性件70的结构做具体限定，只要能将热丝30固定至所述连接件13上，并可通过其弹性回复力张紧所述热丝30即可。显然，该弹性件70还可以使所述热丝30所受到的的拉伸力在保持热丝平直度的前提下最小，延长热丝使用寿命，从而降低生产成本。

进一步的，所述连接件13装设于所述固定架11上后可进行微调，以对应调节所述连接件13用以连接所述热丝30的一端的长度，从而控制相连接的热丝30所需的长度、弹性件70的拉伸长度以及弹性件70施加在热丝30上的拉力。具体的：当所述连接件13连接所述热丝30一端伸出固定架11的长度变长时，则连接同一根热丝30的两连接件13之间的间距变小，此时，热丝30的长度可相应减少(即可降低热丝的使用成本)，或者在热丝30长度不变时弹性件70所需的拉伸长度对应变短(对应减小所述弹性件70的形变量以及其施加在所述热丝30上的张力)。当所述连接件13连接所述热丝30一端伸出所述固定件11的长度变短时，则连接同一根热丝30的两连接件13之间的间距变大，此时，热丝30的长度可相应设置变长，或者在热丝30长度不变时弹性件70所需的拉伸长度对应变长(对应增加弹性件70的形变量以及其施加在热丝上的张力将变大)。因此，可以综合实际加工情况以及该热丝承载架100的老化情况来调节所述连接件13用以固定所述热丝30一端伸出所述固定件11的长度，以尽可能同时满足以下要求：降低所述热丝30长度带来的成本，并确保所述热丝30足够张紧的同时防止所述弹性件70的过快老化等等。

于本实施例中，所述连接件13为一钼材料制成的螺丝，可提供较好的热传导能力，并且该连接件13可通过螺纹连接的方式安装于所述安装架11的滑槽111内，不仅可通过转动的方式方便地调整该连接件13用以固定所述热丝30一端的长度，也方便操作该连接件13沿所述滑槽111于固定架11上滑动。

请一并参阅图2，进一步的，所述主架体10还包括连接框15以及连接臂17。其中，所述连接框15与其中一固定架11(本发明实施例图2中位于下方的固定架11)连接，并且两者处于同一平面。所述连接臂17与另一固定架11(本发明实施例图2中位于上方的固定架11)连接，并且两者处于同一平面内，并且所述连接框15所在平面与所述连接臂17所在平面相交。

在本发明的一个实施方式中，所述连接框15与固定架11(图2中位于下方的固定架11)围成的平面为加工面A，连接臂17与另一固定架11(图2中位于上方的固定架11)形成的平面为张紧面B，并且所述加工面A与张紧面B相交而形成一夹角。于本发明的一个实施例中，该加工面A与张紧面B呈145°夹角设置。两固定架11上的热丝30受位于两固定架11之间的连接框15抵持而成折线设置，对应将该热丝30分成平行所述加工面A的加工段(图未标)以及大致平行所述张紧面B的张紧段(图未标)。采用上述的结构设计，可确保所述热丝30处于所述加工面A的的一段(即加工段)被拉紧而保持与待加工样品之间的间距，并保持相邻热丝30之间的间距，从而进一步保证加工效果。

在本发明的一个实施方式中，所述支撑电极50垂直所述加工面A设置，即所述支撑电极50垂直并可拆卸地连接至所述连接框15以及所述加工面A内的固定架11，并通过替换不同长度的支撑电极50或者伸缩调整该支撑电极50的长度来调节该加工面A上的热丝30与样品基台之间的间距，从而调整热丝30与待加工样品之间的间距。进一步的，所述支撑电极50可通过所述连接框15与所述加工面内A的固定架11上开设的电极孔80进行固定。

本发明的热丝承载架100，能够自由调节所述热丝30的数量、对应热丝30之间的间距以及所述热丝30与所述样品基台200的间距，从而实现对不同温度场的控制，可灵活调控得到不同的工艺参数，在满足金刚石膜沉积生长的条件下，降低生产成本，提高生产效率。

本发明还提供一种具有上述热丝承载架100的金刚石薄膜沉积设备。

请一并参阅图3和图4，图3是本发明金刚石薄膜沉积设备中样品基台的俯视图，图4是图3所示样品基台装设有夹具后的剖视图。该金刚石薄膜沉积设备除包括上述热丝承载架100外，还包括一样品基台200，所述样品基台200包括多个固定孔210以及可拆卸装设于所述固定孔210中的夹具230，并且所述夹具230中间开设的中空的夹持部(图未标)的内径与所述固定孔210的内径尺寸不同。因此，所述样品基台200可直接通过所述固定孔210固定待加工的样品，或者通过所述固定孔210装设所述夹具230后，再通过所述夹具230固定待加工的样品。通过上述设计，使得该样品基台200能通过装配不同内径的夹具230来固定不同尺寸的样品，有效增强该样金刚石薄膜沉积设备的通用性。

可以理解，通过对所述样品基台200上固定孔210的内径、各固定孔210之间的间距的设置，以及选取不同型号(不同型号主要是夹具中间开设的夹持部对应的内径不同)的夹具230，以尽可能增加该样品基台200上可同时加工的样品的数量，以及满足各种不同尺寸样品同时试样的需求。在本发明的一种实施方式中，所述固定孔210的直径可为6±0.05毫米，固定孔210之间间距可为14±0.05毫米，所述固定孔210的数量为129个。在本发明的一种实施方式中，所述样品基台200一次能够对129根直径为6毫米的不同型号的样品的表面进行金刚石薄膜沉积。而通过所述固定孔210安装一夹具230，例如具有4毫米内径的夹持部的夹具230，就能实现对直径为4mm的样品进行表面金刚石薄膜沉积。

在本发明的一个实施方式中，所述样品基台200及其上的夹具230均采用石墨或铜合金等高导热材料制备而成。所述样品基台200的厚度可为35毫米。可以理解的是，所述夹具230还可以采用金属钼制备而成，以获得较高的导热性以及热稳定性，并且该夹具230的外径为6±0.05毫米，其夹持部的内径为4±0.05毫米。

进一步的，所述样品为铣刀，本发明的金刚石薄膜沉积设备用于为大批量的铣刀表面沉积金刚石薄膜，所述样品基台200与其上的夹具230为铣刀的固定装置。所述样品基台200能够实现不同直径的不同型号的硬质合金铣刀的金刚石薄膜沉积生长，实现产品的大批量生产，拓宽了设备的使用范围。

进一步的，所述热丝承载架100的加工面A与所述样品基台200相平行，并且调节所述支撑电极50的长度或者替换不同长度的支撑电极50可对应调节该加工面A上的热丝30与所述样品基台200上的待加工样品之间的间距，从而通过该间距来调控所述温度场。

综上所述，本发明实施例中的热丝承载架100以及具有上述热丝承载架100的金刚石薄膜沉积设备，能够自由调节所述热丝30的数量、热丝30之间的间距以及所述热丝30与所述样品基台200的间距，从而实现对不同温度场的控制，可灵活调控得到不同的工艺参数，在满足金刚石膜沉积生长的条件下，降低生产成本，提高生产效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上对本发明实施例所提供的热丝承载架与金刚石薄膜沉积设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种热丝承载架，包括主架体以及安装于主架体上的多根热丝，其特征在于，所述主架体包括平行设置的两个固定架以及多个连接件，多个所述连接件可拆卸地装设于所述固定架上，并可沿着所述固定架的轴向延伸方向移动，所述热丝的相对两端通过所述连接件连接至两个所述固定架上，以通过调整所述固定架上所述连接件的数量相应调整设置于所述主架体上安装的热丝的数量，并通过调节所述连接件的位置以相应调节设置于所述主架体上所述热丝之间的间距。

2.如权利要求1所述的热丝承载架，其特征在于，所述热丝承载架通过拆卸或加装所述固定架上的连接件，对应减少或增加所述主架体上安装的热丝的数量；所述热丝承载架还通过滑动所述固定架上的连接件，对应带动所述连接件上的热丝移动而调节与其他热丝之间的间距。

3.如权利要求1所述的热丝承载架，其特征在于，每一所述固定架上分别开设一沿所述固定架的轴向延伸方向设置的滑槽，所述连接件可拆卸地装设于该滑槽中，并可在该滑槽中沿着所述固定架的轴向滑动，以对应调节固定在被滑动连接件上的热丝与其他热丝之间的间距。

4.如权利要求1所述的热丝承载架，其特征在于，所述热丝承载架还包括若干支撑电极，所述支撑电极垂直连接至所述主架体，用以支撑所述热丝承载架以及为所述热丝供电。

5.如权利要求1所述的热丝承载架，其特征在于，所述热丝承载架还包括多个弹性件，每一所述弹性件连接至一所述热丝与相邻的连接件之间，使每一所述热丝的至少一端通过所述弹性件连接至所述连接件上，以通过所述弹性件拉紧相连接的热丝。

6.如权利要求1-5任一项所述的热丝承载架，其特征在于，至少一个所述固定架上的所述连接件用于连接所述热丝的一端长度可调。

7.如权利要求1-5任一项所述的热丝承载架，其特征在于，所述主架体还包括连接框以及连接至所述连接框的至少一连接臂，所述连接框与其中一固定架连接并围成一加工面，另一固定架与所述连接臂连接并围成一张紧面，所述张紧面与所述加工面形成一夹角，固定于两个所述固定架上的热丝抵持所述连接框成折线设置，所述热丝对应分成平行所述张紧面的张紧段以及平行所述加工面的加工段。

8.一种金刚石薄膜沉积设备，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的热丝承载架。

9.如权利要求8所述的金刚石薄膜沉积设备，其特征在于，所述金刚石薄膜沉积设备还包括样品基台，所述样品基台包括多个固定孔以及可拆卸装设于所述固定孔中的夹具，所述夹具上设有夹持部，所述样品基台通过所述固定孔固定待加工的样品，或者通过所述固定孔装设所述夹具后，再通过所述夹具的夹持部固定待加工的样品。

10.如权利要求9所述的金刚石薄膜沉积设备，其特征在于，所述样品基台与所述夹具均采用高导热材料制成，所述夹持部为中空结构，且所述夹持部的内径与所述固定孔的内径尺寸不同。