CN112899642A - 一种大沉积区域金刚石薄膜制备用热丝架 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大沉积区域金刚石薄膜制备用热丝架，所述热丝架的结构包括：3根以上条形电极，包括正电极和负电极；若干热丝；所述条形电极彼此平行，沿与条形方向垂直的横向排成一行；所述正电极和负电极间隔排列；所述热丝一端固定于最左端的条形电极，热丝中间部分搭接于中间位置的条形电极上，另一端固定于最右端的条形电极。本发明热丝架通过设置多根条形电极，针对热丝加热时延伸造成下沉，影响碳化效果的问题，通过设置多跟条形电极，使中间位置的条形电极在提供电源的同时，对热丝提供一个承托的作用，减轻了下沉的情况，且通过设置压缩弹簧结构，或重力结构，能够对热丝提供一个拉力，克服下沉的趋势。
Description
技术领域
本发明涉及热丝化学气相沉积技术领域，具体提供一种大沉积区域金刚石薄膜制备用热丝架。
背景技术
CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)法是一种气相成核生长方法，广泛应用于半导体、氧化物、氮化物、碳化物等纳米薄膜材料的制备。与射频等离子体CVD法、微波等离子体CVD法、脉冲等离子体CVD法等相比，热丝CVD法(HFCVD)具有设备简单，成膜过程易控制，操作方便，工艺成熟，成本低等优点，具有广阔的应用前景，HFCVD法应用于BDD电极的制备已广泛应用，其中性能良好的热丝系统是成功制得大面积BDD膜电极的关键所在。传统的水平布置热丝会导致通电后的平行热丝受热伸长、变松下垂，进而灯丝与衬底间距发生改变，衬底温度场不均匀，无法沉积出大面积均匀的金刚石膜。
专利201010181903.6通过一根长热丝在两电极间往复缠绕来实现大面积金刚石膜电极的沉积制备。该热丝系统包含一个固定电极和一个活动电极，灯丝通过弹簧的拉力实现绷紧。然而，由于使用了一整根热丝，在热丝受热伸长后，难以满足两电极间每段热丝的变形量都得到补偿；且在沉积过程当中，活动电极可能由于高温与活动螺钉之间连接不畅或接触电阻过大，影响整体热丝电流分布，导致热丝导电能力过小或明显变形等，不利于大面积均匀金刚石膜电极的沉积制备。
专利201210138893.7改进的热丝系统包括两个固定电极、一个弹簧架和若干根独立热丝，每根热丝一端固定在电极上，另一端通过弹簧拉直，弹簧架与水平面呈三十度角。该措施虽然可以保证热丝始终处于平行拉直状态，但是仅一端通过滑动位移点与弹簧连接，且热丝架与水平面之间的夹角无法改变，无法保证变形量不同的热丝完全拉直且不断裂。
发明内容
由于热线的温度高达2000℃以上，在此温度下，陶瓷也会失去绝缘性，且弹簧直接与热丝连接，在高温下弹簧的弹性性能容易改变，弹簧的应力发生变化，或失去弹性，或变硬，加上热丝加热过程中表面形成碳化，因此，在制备金刚石薄膜时，弹簧的应力变化容易造成热丝或断裂，或热丝没有得到充分拉伸，造成实验失败。
本发明的技术任务是针对上述存在的问题，提供一种大沉积区域金刚石薄膜制备用热丝架。
一种大沉积区域金刚石薄膜制备用热丝架，所述热丝架的结构包括：
3根以上条形电极，包括正电极和负电极；
若干热丝；
所述条形电极彼此平行，沿条形电极的横向排成一行；
所述正电极和负电极间隔排列；
所述热丝一端固定于最左端的条形电极，热丝中间部分搭接于中间位置的条形电极上，另一端固定于最右端的条形电极。
所述条形电极的上端面设置有若干弧形槽；
各条形电极上端面相同位置的弧形槽构成一条直线；
所述弧形槽的槽内底面为弧形凸出形状；
所述热丝通过相对应的弧形槽设置于条形电极上，可以保证热丝不会纵向滑动，弧形接触面能保证热丝与条形电极紧密接触，减小接触电阻。
所述热丝的两端部分别设置有固定结构；
所述最左端和最右端的条形电极的侧面，相对于弧形槽的下端，设置有与所述固定结构对应的固定槽；
所述热丝一端的固定结构安放于条形电极的固定槽中，热丝穿过条形电极上端面的弧形槽，经过相邻条的一根或多根条形电极对应的弧形槽，通过热丝另一端的固定结构卡扣到条形电极底面的固定槽，完成热丝的安装固定。
所述热丝架的结构还包括压缩弹簧结构；
所述弹簧压缩结构设置于热丝端部的固定结构和条形电极的固定槽之间；
压缩弹簧结构一端通过热丝端部的固定结构固定；
另一端通过条形电极的固定槽固定。
所述条形电极上端面的弧形槽延伸到侧面或底面的固定槽。保证热丝在加热过程中不发生偏移。
所述压缩弹簧结构的两端设置有隔热陶瓷片；
所述压缩弹簧结构一端通过隔热陶瓷片设置于条形电极的固定槽中，另一端通过热丝端部的固定结构将隔热陶瓷片固定到压缩弹簧结构的端部。
所述正电极或负电极通过电极支撑件固定；
所述电极支撑件包括电极支柱、铜支柱、液冷铜支柱；
其中电极支柱连接于条形电极，铜支柱连接于电极支柱之下，液冷铜支柱连接于铜支柱之下；
所述液冷铜电极支柱为中空结构，能流入降温液体。
所述条形电极的材质为钨、钽、钼、铌、铪或铬，上述金属熔点较高，能够在高温环境下保持不变形。
所述热丝的材质为铌丝、钽丝或钨丝。
所述热丝的一端或2端延伸到条形电极下方；
热丝的端部悬挂一重力部件；
通过重力部件的作用，将热丝拉紧，并与条形电极紧密接触。
所述重力部件为金属棒；
所述重力部件的下端设置有定位架，所述定位架的上部为平板结构，所述平板结构上设置有若干圆形孔洞，所述圆形孔洞的位置与金属棒的位置相对应；
所述金属棒悬挂于圆形孔洞中；
通过设置定位架，避免热丝端部的金属棒左右摆动，影响其他部件的使用。
与现有技术相比，本发明一种大沉积区域金刚石薄膜制备用热丝架具有以下突出的有益效果：
本发明热丝架通过设置多根条形电极，针对热丝加热时延伸造成下沉，影响碳化效果的问题，通过设置多跟条形电极，使中间位置的条形电极在提供电源的同时，对热丝提供一个承托的作用，减轻了下沉的情况，且通过设置压缩弹簧结构，或重力结构，能够对热丝提供一个拉力，克服下沉的趋势；通过在热丝端部设置固定结构，方便了热丝的安装和维护；且压缩弹簧结构可以独立安装，体积小，占用空间少，且通过隔热陶瓷片实现与热丝的隔热，延长了弹簧的使用寿命。
附图说明
图1是大沉积区域金刚石薄膜制备用热丝架结构示意图；
图2是条形电极弧形槽剖面示意图；
图3是条形电极支撑件结构示意图；
图4是热丝依靠重力拉伸结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，一种大沉积区域金刚石薄膜制备用热丝架，热丝依靠弹力拉伸，所述热丝架的结构包括：
3根条形电极1，包括正电极和负电极；
若干热丝2；
所述条形电极1彼此平行，沿条形电极1的横向排成一行；
所述正电极和负电极间隔排列；
所述热丝2一端固定于最左端的条形电极，热丝中间部分搭接于中间位置的条形电极上，另一端固定于最右端的条形电极。
所述条形电极的上端面设置有若干弧形槽3；
各条形电极1上端面相同位置的弧形槽构成一条直线；
所述弧形槽3的槽内底面为弧形凸出形状；
所述热丝2通过相对应的弧形槽3设置于条形电极1上，可以确保热丝不会纵向滑动，弧形接触面可以保证热丝紧密接触。
所述热丝2的两端部分别设置有固定结构4；
如图2所示，所述最左端和最右端的条形电极的侧面，相对于弧形槽3的下端，设置有与所述固定结构4对应的固定槽5；
所述热丝2一端的固定结构4安放于条形电极1的固定槽5中，热丝2穿过条形电极1上端面的弧形槽3，经过相邻条的一根或多根条形电极1对应的弧形槽3，通过热丝另一端的固定结构4卡扣到条形电极1侧面的固定槽5中，完成热丝2的安装固定。
所述热丝架的结构还包括压缩弹簧结构6；
所述弹簧压缩结构6设置于热丝端部的固定结构4和条形电极的固定槽5之间；
压缩弹簧结构6一端通过热丝端部的固定结构4固定；
另一端通过条形电极的固定槽5固定。
在安装时，通过对压缩弹簧结构6施加一预应力，使热丝在压缩弹簧结构的弹力下拉紧，在热丝的加热过程中，可以有效克服热丝伸展带来的下垂问题，使热丝保持一定的张力；
如图2所示，所述条形电极1上端面的弧形槽3延伸到侧面的固定槽5。保证热丝在加热过程中不发生偏移。
所述压缩弹簧结构6的两端设置有隔热陶瓷片；
所述压缩弹簧结构6一端通过隔热陶瓷片固定于条形电极1的固定槽5中，另一端通过热丝端部的固定结构4将隔热陶瓷片固定到压缩弹簧结构6的端部。通过设置隔热陶瓷片，避免压缩弹簧步结构6因高温失去弹性。
如图3所示，所述正电极或负电极通过电极支撑件固定，
所述电极支撑件包括电极支柱7、铜支柱8、液冷铜支柱9；
其中电极支柱7连接于条形电极，材质与电极材质相同或相近；铜支柱8连接于电极支柱7之下，液冷铜支柱9连接于铜支柱8之下；
所述液冷铜电极9支柱为中空结构，能流入降温液体。
所述条形电极的材质为钨、钽、钼、铌、铪或铬，上述金属熔点较高，能够在高温环境下保持不变形。
所述热丝的材质为铌丝、钽丝或钨丝。
实施例2
与实施例1的技术方案不同，如图4所示，热丝依靠重力拉伸，本实施例所述热丝2的一端或2端延伸到条形电极1下方；
热丝2的端部悬挂一重力部件10；
通过重力部件10的作用，将热丝2拉紧，能够消除热丝受热伸展下垂的现象。
所述重力部件10为金属棒；
所述重力部件10的下端设置有定位架11，所述定位架11的上部为平板结构，所述平板结构上设置有若干圆形孔洞，所述圆形孔洞的位置与金属棒的位置相对应；
所述金属棒悬挂于圆形孔洞中；
通过设置定位11，避免热丝端部的金属棒左右摆动，影响其他部件的使用。
实施例3
所述热丝架还配置有一个矩形的进气口隔板，板面大小与热丝架的尺寸相匹配，板面均匀设置有若干气孔，使通入的气体能够均匀扩散到热丝架上。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种大沉积区域金刚石薄膜制备用热丝架，其特征在于，所述热丝架的结构包括：
3根以上条形电极，包括正电极和负电极；
若干热丝；
所述条形电极彼此平行，沿条形电极的横向排成一行；
所述正电极和负电极间隔排列；
所述热丝一端固定于最左端的条形电极，热丝中间部分搭接于中间位置的条形电极上，另一端固定于最右端的条形电极。
2.根据权利要求1所述的一种大沉积区域金刚石薄膜制备用热丝架，其特征在于，所述条形电极的上端面设置有若干弧形槽；
各条形电极上端面相同位置的弧形槽构成一条直线；
所述弧形槽的槽内底面为弧形凸出形状；
所述热丝通过相对应的弧形槽设置于条形电极上。
3.根据权利要求1或2所述的一种大沉积区域金刚石薄膜制备用热丝架，其特征在于，所述热丝的两端部分别设置有固定结构；
所述最左端和最右端的条形电极的侧面，相对于弧形槽的下端，设置有与所述固定结构对应的固定槽；
所述热丝一端的固定结构安放于条形电极的固定槽中，热丝穿过条形电极上端面的弧形槽，经过相邻条的一根或多根条形电极对应的弧形槽，通过热丝另一端的固定结构卡扣到条形电极侧面的固定槽。
4.根据权利要求3所述的一种大沉积区域金刚石薄膜制备用热丝架，其特征在于，所述热丝架的结构还包括压缩弹簧结构；
所述弹簧压缩结构设置于热丝端部的固定结构和条形电极的固定槽之间；
所述压缩弹簧结构一端通过热丝端部的固定结构固定；
另一端设置于条形电极的固定槽中，通过固定槽进行固定。
5.根据权利要求3所述的一种大沉积区域金刚石薄膜制备用热丝架，其特征在于，所述条形电极上端面的弧形槽延伸到侧面或底面的固定槽。
6.根据权利要求4所述的一种大沉积区域金刚石薄膜制备用热丝架，其特征在于，所述压缩弹簧结构的两端设置有隔热陶瓷片；
所述压缩弹簧结构一端通过隔热陶瓷片设置于条形电极的固定槽中，另一端通过热丝端部的固定结构将隔热陶瓷片固定到压缩弹簧结构的端部。
7.根据权利要求1所述的一种大沉积区域金刚石薄膜制备用热丝架，其特征在于，所述正电极或负电极通过电极支撑件固定，
所述电极支撑件包括电极支柱、铜支柱、液冷铜支柱；
其中电极支柱连接于条形电极，铜支柱连接于电极支柱之下，液冷铜支柱连接于铜支柱之下；
所述液冷铜电极支柱为中空结构，能流入降温液体。
8.根据权利要求1所述的一种大沉积区域金刚石薄膜制备用热丝架，其特征在于，所述条形电极的材质为钨、钽、钼、铌、铪或铬。
9.根据权利要求7所述的一种大沉积区域金刚石薄膜制备用热丝架，其特征在于，所述热丝的材质为铌丝、钽丝或钨丝。
10.根据权利要求1所述的一种大沉积区域金刚石薄膜制备用热丝架，其特征在于，所述热丝的一端或2端延伸到条形电极下方；
热丝的端部悬挂一重力部件；
通过重力部件的作用，将热丝拉紧，并与条形电极紧密接触。
所述重力部件为金属棒；
所述重力部件的下端设置有定位架，所述定位架的上部为平板结构，所述平板结构上设置有若干圆形孔洞，所述圆形孔洞的位置与金属棒的位置相对应；
所述金属棒悬挂于圆形孔洞中。
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- 2021-01-19 CN CN202110070121.3A patent/CN112899642B/zh active Active
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