CN112813421A - 一种用于mpcvd设备的微波抑制结构及微波抑制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于MPCVD设备的微波抑制结构及微波抑制方法，其中，用于MPCVD设备的微波抑制结构，包括设置在真空腔内的金刚石生长基板台和支撑架，所述支撑架具有第一空腔，所述金刚石生长基板台活动套接在第一空腔内，且金刚石生长基板台能够在所述支撑架的第一空腔内竖直升降，所述支撑架的内侧壁上沿周向开设有微波抑制槽，构成至少两个不连续的微波传送路径，且两个不连续的微波传送路径距离之和为λ/2的整数倍，每段微波传送路径的距离为λ/4的奇数倍，其中λ为微波波长。本发明只需要在支撑架的内侧壁沿其周向开始微波抑制槽，利用微波的传输特性，使得微波的终端短路传输线内阻抗趋近无穷大，从而防止微波的泄露，结构简单可靠。
Description
技术领域
本发明属于微波等离子体加工技术领域，具体涉及一种用于MPCVD设备的微波抑制结构及微波抑制方法。
背景技术
微波等离子体化学气相沉积(Microwave plasma chemical vapor deposition)简称MPCVD，是一种将微波发生器产生的微波用波导管经隔离器进入反应室，在微波的激励下，使反应室中的气体分子电离产生等离子体，在衬底上沉积得到金刚石膜的设备，具有产量大、质量高、成本低的优点，其原理是，利用微波在反应腔中发生共振，在中心形成强的电磁场区域，使该气体电离，形成等离子体，然后在衬底表面上形成固态物质沉积。
传统的，现有MPCVD设备的基板台结构分可升降和不可升降两种。不可升降的设备无法生长较厚的金刚石，可升降的设备能够根据生长情况调整基板台的高度，从而能够生长出较厚的金刚石。但可升降的MPCVD设备升降台和支撑架之间存在明显的缝隙，微波将通过此缝隙进入底部的波纹管内，因此，往往需要在支撑架和升降台之间做微波屏蔽。现有技术中多在升降台和支撑架之间加入一带有弹性的金属密封圈用于防止微波进入底部的波纹管内，但采用金属密封圈的方式存在以下两个问题：
1、金属密封圈容易接触不良，在微波场内容易打火；
2、金属密封圈长时间使用时容易变形老化，屏蔽性能降低。
因此，亟需一种新型的用于MPCVD设备的微波抑制结构，能够抑制微波进入升降台底部的波纹管内，且结构可靠不易失效。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种用于MPCVD设备的微波抑制结构及微波抑制方法，既能够有效抑制微波进入升降台底部的波纹管内，且结构可靠不易失效。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于MPCVD设备的微波抑制结构，包括设置在真空腔内的金刚石生长基板台和支撑架，所述支撑架具有第一空腔，所述金刚石生长基板台活动套接在第一空腔内，且金刚石生长基板台能够在所述支撑架的第一空腔内竖直升降，所述支撑架的内侧壁上沿周向开设有微波抑制槽，构成至少两个不连续的微波传送路径，且两个不连续的微波传送路径距离之和为λ/2的整数倍，每段微波传送路径的距离为λ/4的奇数倍，其中λ为微波波长。
作为上述方案进一步的改进，所述支撑架顶面到微波抑制槽之间的竖直距离L1构成第一微波传送路径，所述微波抑制槽的沿所述支撑架壁厚方向的槽深L2构成第二微波传送路径，且L1+L2＝nλ/2，L1＝(2n-1)λ/4，L2＝(2n-1)λ/4，其中，n为非零自然数，λ为微波波长。
作为上述方案进一步的改进，所述支撑架为包括但限于圆柱体或多边立方体。
作为上述方案进一步的改进，所述支撑架的上部设置有容纳冷却水的第二空腔，所述微波抑制槽设置在第二空腔的下侧。
作为上述方案进一步的改进，所述微波抑制槽沿周向连续并形成环形封闭区域。
作为上述方案进一步的改进，所述微波抑制槽的宽度在2～20mm之间。
作为上述方案进一步的改进，所述支撑架的材料为金属材料。
作为上述方案进一步的改进，所述金属材料包括但不限于不锈钢或铜。
本发明还提供一种用于MPCVD设备的微波抑制方法，其步骤包括：
通过终端短路传输线内阻抗的周期性变换规律
在MPCVD设备的支撑架和金刚石生长基板台之间构成等效短路面，使得终端短路传输线内阻抗趋近无穷大，从而防止微波的泄露，其中，Zin为输入阻抗，Z0为传输线特性阻抗，λ为波长，Z′为到短路面的距离。
作为上述方案进一步的改进,选取支撑架的顶面为等效短路面，金刚石生长基板台活动套接在支撑架内，并具有活动间隙；在支撑架内侧壁沿周向开设环形微波抑制槽，且微波抑制槽的深度沿支撑架壁厚方向延伸，微波抑制槽沿其深度方向的槽底为短路面，从而构成至少两个不连续的微波传送路径，且两个不连续的微波传送路径距离之和为λ/2的整数倍，每段微波传送路径的距离为λ/4的奇数倍，其中λ为微波波长。
由于本发明采用了以上技术方案，使本申请具备的有益效果在于：
1、本发明的一种用于MPCVD设备的微波抑制方法，通过终端短路传输线内阻抗的周期性变换规律
在MPCVD设备的支撑架和金刚石生长基板台之间构成等效短路面，使得终端短路传输线内阻抗趋近无穷大，从而防止微波的泄露，增加了系统的可靠性，延长了结构的寿命，相对于传统的在升降台和支撑架之间加入一带有弹性的金属密封圈去防止微波进入底部的波纹管内，避免了金属密封圈在微波场内出现打火的现象。
2、本发明的一种用于MPCVD设备的微波抑制结构，包括设置在真空腔内的金刚石生长基板台和支撑架，所述支撑架具有第一空腔，所述金刚石生长基板台活动套接在第一空腔内，且金刚石生长基板台能够在所述支撑架的第一空腔内竖直升降，所述支撑架的内侧壁上沿周向开设有微波抑制槽，构成至少两个不连续的微波传送路径，且两个不连续的微波传送路径距离之和为λ/2的整数倍，每段微波传送路径的距离为λ/4的奇数倍，其中λ为微波波长；只需要在支撑架的内侧壁沿其周向开始微波抑制槽，利用微波的传输特性，使得微波的终端短路传输线内阻抗趋近无穷大，从而防止微波的泄露，结构简单可靠；相对于传统的在升降台和支撑架之间加入一带有弹性的金属密封圈去防止微波进入底部的波纹管内，避免了金属密封圈在微波场内出现打火的现象，同时也避免了金属密封圈长时间使用后因变形因素等降低对微波的屏蔽性能。
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为本发明的微波抑制结构用于MPCVD设备的示意图；
图2为图1的I向局部放大图；
图3为用金属密封圈抑制微波的MPCVD设备示意图；
附图标记如下：
1、真空腔；2、金刚石生长基板台；3、支撑架；31、第一空腔；32、微波抑制槽；33、第二空腔；4、微波入口；5、矩形波导；6、同轴天线；7、石英隔板；8、金属密封圈；S1、等效短路面；S2、短路面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示诸如第一、第二、上、下、左、右、前、后……仅用于解释在某一特定姿态如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
以下面结合附图以对本发明作进一步描述:
实施例1：
参照图1-图2，本发明提供一种用于MPCVD设备的微波抑制结构，包括设置在真空腔1内的金刚石生长基板台2和支撑架3，所述支撑架3具有第一空腔31，所述金刚石生长基板台2活动套接在第一空腔31内，且金刚石生长基板台2能够在所述支撑架3的第一空腔31内竖直升降，所述支撑架3的内侧壁上沿周向开设有微波抑制槽32，构成至少两个不连续的微波传送路径，且两个不连续的微波传送路径距离之和为λ/2的整数倍，每段微波传送路径的距离为λ/4的奇数倍，其中λ为微波波长；具体的，在本实施例中，所述支撑架3顶面到微波抑制槽32之间的竖直距离L1构成第一微波传送路径，所述微波抑制槽32的沿所述支撑架3壁厚方向的槽深L2构成第二微波传送路径，且L1+L2＝nλ/2，L1＝(2n-1)λ/4，L2＝(2n-1)λ/4，其中，n为非零自然数，λ为微波波长；本发明提供的用于MPCVD设备的微波抑制结构，只需要在支撑架3的内侧壁沿其周向开始微波抑制槽32，利用微波的传输特性，使得微波的终端短路传输线内阻抗趋近无穷大，从而防止微波的泄露，结构简单可靠；相对于传统的实施方式，参照图3，在升降台和支撑架3之间加入一带有弹性的金属密封圈8去防止微波进入底部的波纹管内，本发明所提供的用于MPCVD设备的微波抑制结构避免了金属密封圈8在微波场内出现打火的现象，同时也避免了金属密封圈8长时间使用后因变形因素等降低对微波的屏蔽性能。
作为优选的实施例，所述支撑架3为包括但限于圆柱体或多边立方体，在本实施例中，所述支撑架3为具有第一空腔31的圆柱体，且第一空腔31的截面为圆形，对应的，所述金刚石生长基板台2为圆柱体，圆柱体相对取材容易，加工也容易。
作为优选的实施例，为了为金刚石的生长提供适宜的温度环境，所述支撑架3的上部设置有容纳冷却水的第二空腔33，便于降低金刚石生长基板台2周围的温度；为了为微波的传输提供不连续的传播路径，所述微波抑制槽32设置在第二空腔33的下侧，使得微波沿支撑架3与金刚石生长基板台2的配合竖直间隙的传播路径被打断，从而形成不连续的路径，为屏蔽微波提供基础。
作为优选的实施例，为了全方位的放置微波进入升降台，所述微波抑制槽32沿周向连续并形成环形封闭区域，使得经过微波抑制槽32的微波丧失传输性，从而起到屏蔽微波的作用。
作为优选的实施例，为了便于加工微波抑制槽32，所述微波抑制槽32的宽度在2～20mm之间，在本实施例中，所述微波抑制槽32的宽度为10mm。
作为优选的实施例，为了能够有效的阻止微波的传输，所述支撑架3的材料为金属材料，且所述金属材料包括但不限于不锈钢或铜。
实施例2：
本发明还提供一种用于MPCVD设备的微波抑制方法，其步骤包括：
通过终端短路传输线内阻抗的周期性变换规律
在MPCVD设备的支撑架3和金刚石生长基板台2之间构成等效短路面S2S1，使得终端短路传输线内阻抗趋近无穷大，从而防止微波的泄露，其中，Zin为输入阻抗，Z0为传输线特性阻抗，λ为波长，Z′为到短路面S2的距离。本发明利用微波的传输特性来屏蔽微波，增加了系统的可靠性，延长了结构的寿命，相对于传统的在升降台和支撑架3之间加入一带有弹性的金属密封圈8去防止微波进入底部的波纹管内，避免了金属密封圈8在微波场内出现打火的现象。
作为优选的实施例，选取支撑架3的顶面为等效短路面S2S1，金刚石生长基板台2活动套接在支撑架3内，并具有活动间隙；在支撑架3内侧壁沿周向开设环形微波抑制槽32，且微波抑制槽32的深度沿支撑架3壁厚方向延伸，微波抑制槽32沿其深度方向的槽底为短路面S2，从而构成至少两个不连续的微波传送路径，且两个不连续的微波传送路径距离之和为λ/2的整数倍，每段微波传送路径的距离为λ/4的奇数倍，其中λ为微波波长。
对比实施例3：
参照图3，传统实施方式中，微波通过微波入口4进入MPCVD设备，矩形波导5通过同轴天线6将微波通过石英隔板7馈入真空腔1内，从而在金刚石基板台上方产生等离子，用于沉积金刚石；由于支撑架3和金刚石生长基板台2构成了同轴传输线的外导体和内导体结构，因此，无论两种的配合缝隙多小，微波都能顺利通过，为了防止微波进入金刚石基板台内，在支撑架3和金刚石基板台配合的缝隙内设置有金属密封圈8，但采用金属密封圈8防止微波泄露，金属密封圈8容易接触不良，且在微波场内容易打火；另外金属密封圈8长时间使用时容易变形老化，微波屏蔽性能降低。
以上是本发明的详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理以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以及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于MPCVD设备的微波抑制结构，其特征在于，包括设置在真空腔内的金刚石生长基板台和支撑架，所述支撑架具有第一空腔，所述金刚石生长基板台活动套接在第一空腔内，且金刚石生长基板台能够在所述支撑架的第一空腔内竖直升降，所述支撑架的内侧壁上沿周向开设有微波抑制槽，构成至少两个不连续的微波传送路径，且两个不连续的微波传送路径距离之和为λ/2的整数倍，每段微波传送路径的距离为λ/4的奇数倍，其中λ为微波波长。
2.根据权利要求1所述的一种用于MPCVD设备的微波抑制结构，其特征在于，所述支撑架顶面到微波抑制槽之间的竖直距离L1构成第一微波传送路径，所述微波抑制槽的沿所述支撑架壁厚方向的槽深L2构成第二微波传送路径，且L1+L2＝nλ/2，L1＝(2n-1)λ/4，L2＝(2n-1)λ/4，其中，n为非零自然数，λ为微波波长。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于MPCVD设备的微波抑制结构，其特征在于，所述支撑架为包括但限于圆柱体或多边立方体。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于MPCVD设备的微波抑制结构，其特征在于，所述支撑架的上部设置有容纳冷却水的第二空腔，所述微波抑制槽设置在第二空腔的下侧。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于MPCVD设备的微波抑制结构，其特征在于，所述微波抑制槽沿周向连续并形成环形封闭区域。
6.根据权利要求1或2所述的一种用于MPCVD设备的微波抑制结构，其特征在于，所述微波抑制槽的宽度在2～20mm之间。
7.根据权利要求1或2所述的一种用于MPCVD设备的微波抑制结构，其特征在于，所述支撑架的材料为金属材料。
8.根据权利要求7所述的一种用于MPCVD设备的微波抑制结构，其特征在于，所述金属材料包括但不限于不锈钢或铜。
9.一种用于MPCVD设备的微波抑制方法，其特征在于，其步骤包括：通过终端短路传输线内阻抗的周期性变换规律
在MPCVD设备的支撑架和金刚石生长基板台之间构成等效短路面，使得终端短路传输线内阻抗趋近无穷大，从而防止微波的泄露，其中，Zin为输入阻抗，Z0为传输线特性阻抗，λ为波长，Z′为到短路面的距离。
10.根据权利要求9所述的一种用于MPCVD设备的微波抑制方法，其特征在于，选取支撑架的顶面为等效短路面，金刚石生长基板台活动套接在支撑架内，并具有活动间隙；在支撑架内侧壁沿周向开设环形微波抑制槽，且微波抑制槽的深度沿支撑架壁厚方向延伸，微波抑制槽沿其深度方向的槽底为短路面，从而构成至少两个不连续的微波传送路径，且两个不连续的微波传送路径距离之和为λ/2的整数倍，每段微波传送路径的距离至少为λ/4的奇数倍，其中λ为微波波长。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 7th Floor, Building B8, Lugu Enterprise Plaza, Yuelu District, Changsha City, Hunan Province, 410000 Applicant after: Aerospace Science and Industry (Changsha) New Materials Research Institute Co.,Ltd. Address before: 7 / F, building B8, luguyuyuan, 27 Wenxuan Road, high tech Development Zone, Changsha City, Hunan Province, 410205 Applicant before: CHANGSHA ADVANCED MATERIALS INDUSTRIAL RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |