CN1108398C - 射频硅化镀膜工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于磁约束聚变装置第一壁表面的镀膜工艺,其特征是:射频波由发射机提供;射频波经馈线输送到离子回旋天线,该天线呈半圆形状,置于磁约束聚变装置的内部;该装置抽成真空后,充入硅烷和氦气;射频波将予充在装置中的硅烷气体电离,产生高能的硅原子和硅化合物分子并对壁表面进行沉积,形成硅膜。利用这种工艺所形成的硅膜均匀,硬度高,粘滞性强,抗轰击,与常规的直流辉光放电技术所获得的膜质量相比,其使用寿命提高5倍以上。
Description
本发明涉及一种用于磁约束聚变装置第一壁表面的镀膜工艺。
对磁约束聚变装置而言,在其第一壁表面复盖一层一定厚度的碳化硅或硅化物薄膜,能够有效地防止杂质的产生和溅射,对高温等离子体的品质能够起到极大的改善作用。常规的硅化镀膜技术是利用直流辉光放电将硅烷气体电离,对壁表面进行镀膜。但对未来磁约束聚变反应堆来说,无一例外的将采用超导装置,即高本底磁场始终存在,在这种条件下直流辉光放电已经不能工作。
本发明的目的在于提供一种新的、能够作用于磁约束聚变装置第一壁表面的射频硅化镀膜工艺。
本发明的目的是这样实现的:
A)射频波由射频发射机提供;
B)射频波经馈线输送到离子回旋天线,该离子回旋天线整体上呈一半圆形状,置于磁约束聚变装置的内部;
C)磁约束聚变装置内抽成真空后,充入硅烷和氦气的混合气体;硅烷与氦气的比例为1∶5-10,混合气体的压强为0.01-0.5Pa。同时,将磁约束聚变装置第一壁表面的温度控制在180-220摄氏度之间。
D)射频波经离子回旋天线激发后,将硅烷气体电离,分解成为高能的硅离子,这些离子通过碰撞和电荷交换,形成中性的硅原子和硅化合物分子,轰击磁约束聚变装置第一壁表面,经沉积形成硅膜。
以下结合射频硅化镀膜工艺原理图对该工艺作进一步的说明。
图1为射频硅化镀膜工艺原理图。
由附图可见,射频波由射频发射机1提供,经馈线7输送到离子回旋天线3。离子回旋天线3主要由中心导体和圆棒形的屏蔽片组成,其整体上呈一半圆形状,安装在磁约束聚变装置2内。该磁约束聚变装置2为类似轮胎状的真空密封的不锈钢容器,其边缘上开有连接真空泵的洞口4和充气孔5、6。
射频镀膜之前,先将磁约束聚变装置2内抽成真空,再从充气孔5、6处分别充入硅烷和氦气,硅烷与氦气的比例为1∶5-10,混合气体的压强为0.01-0.5Pa。同时,将磁约束聚变装置第一壁表面的温度控制在180-220摄氏度之间。当功率为8-15kW、频率为15-40MHz的射频电磁波由离子回旋天线3,经法拉第屏蔽的模式交换后,快磁声电磁波被有效地激发,通过离子回旋共振,将射频波的能量交给等离子体8的离子,将硅烷气体电离,分解成为高能的硅离子,这些电离子通过碰撞和电荷交换,形成中性的硅分子和硅化合物分子,这些中性粒子便不受约束地轰击磁约束聚变装置2的第一壁表面,并在其壁表面进行有效的沉积,形成硅膜。
其射频硅化镀膜的速率为每小时50纳米,硅化的时间可根据所需的硅膜厚度而定。
为了在磁约束聚变装置2第一壁表面获得厚度均匀的硅膜,射频波采用脉冲式工作模式,即波的输出为连续短脉冲运行。最佳的占空比为1∶1.5,即0.4秒波输出和0.6移间隔时间。
本发明由于利用超导磁约束聚变装置存在强磁场的特点,利用射频电磁波能有效电离预充在装置中的硅烷气体,使硅原子或硅化合物分子能够高效地沉积在装置的表面,形成硅膜。经在HT-7型超导托卡马克上的实验表明:采用该种射频镀膜工艺所形成的硅膜均匀、硬度高、粘滞性强、抗轰击,与常规的直流辉光放电技术所获得的膜质量相比,其使用寿命提高5倍以上。
Claims (2)
1、一种射频硅化镀膜工艺,其特征是:
A)射频波由射频发射机(1)提供;
B)射频波经馈线(7)输送到离子回旋天线(3),该离子回旋天线(3)整体上呈半圆形状,置于磁约束聚变装置(2)的内部;
C)磁约束聚变装置(2)内抽成真空后,充入硅烷和氦气的混合气体;硅烷与氦气的比例为1∶5-10,混合气体的压强为0.01-0.5Pa,同时,将磁约束聚变装置第一壁表面的温度控制在180-220摄氏度之间。
D)射频波经离子回旋天线(3)激发后,将硅烷气体电离,分解成为高能的硅离子,这些离子通过碰撞和电荷交换,形成中性的硅原子和硅化合物分子,轰击磁约束聚变装置(2)第一壁表面,经沉积形成硅膜。
2、根据权利要求1所述的一种镀膜工艺,其特征是:所述的射频波采用脉冲式工作模式,即波的输出为连续短脉冲运行;其最佳的占空比为1∶1.5。
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Citations (2)
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