CN114381718A - 一种微波等离子体化学气相沉积设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微波等离子体化学气相沉积设备，属于微波等离子体领域。上述沉积设备包括微波源、微波传输装置及放电腔组件，微波源通过微波传输装置与放电腔组件连接。放电腔组件包括放电腔以及观察筒，观察筒与放电腔的外壁连接，并与放电腔的内腔连通；观察筒的内壁上设置有至少一个环形凹槽或者环形凸起。由于在观察筒的内壁上设置了环形凹槽或环形凸起；其使得观察筒内的电子湮灭，从而减少了电子对石英玻璃的损伤，进而提高了石英玻璃的使用寿命。上述微波等离子体化学气相沉积设备，其采用了上述放电腔组件后，由于观察筒上的石英玻璃的寿命显著提高，因而使得设备的整体寿命显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及微波等离子体领域，具体而言，涉及一种微波等离子体化学气相沉积设备。
背景技术
微波等离子体化学气相沉积法（MPCVD）被认为是当今国际上制备高质量金刚石膜的首选、最先进方法；而上述方法需要用到专用的微波等离子体化学气相沉积设备。即微波在放电腔内通过等离子体放电的方式，将反应气中的碳元素沉积在样品基片上。而上述沉积设备的核心部件之一就是放电腔，而为了观察放电腔内样品基片的情况，一般会在放电腔上设置观察筒，观察筒的端部设置石英玻璃；通过上述石英玻璃能够观察放电腔内的情况。而现有的放电腔组件的石英玻璃的寿命较短，其直接影响到了整台设备的使用寿命。
发明内容
本发明的另一目的在于提供一种微波等离子体化学气相沉积设备，其采用了上述放电腔组件。
本发明是这样实现的：
一种微波等离子体化学气相沉积设备，包括微波源、微波传输装置及放电腔组件，所述微波源通过所述微波传输装置与所述放电腔组件连接；
所述放电腔组件包括放电腔以及观察筒，所述观察筒与所述放电腔的外壁连接，并与所述放电腔的内腔连通；所述观察筒的内壁上设置有至少一个环形凹槽或者环形凸起。
进一步，所述观察筒的内壁上设置有多个所述环形凹槽。
进一步，多个所述环形凹槽的直径相等。
进一步，沿远离所述放电腔的方向，多个所述环形凹槽的直径依次增大。
进一步，所述观察筒的内壁上设置有多个所述环形凸起。
进一步，多个所述环形凸起的直径相等。
进一步，沿远离所述放电腔的方向，多个所述环形凸起的直径依次减小。
进一步，所述放电腔的内壁镀铜。
进一步，所述放电腔的内壁设置有降低二次电子发射系数材料涂层，如铼或铂。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
本发明通过上述设计得到的微波等离子体化学气相沉积设备，由于在观察筒的内壁上设置了环形凹槽或环形凸起；其使得观察筒内的电子湮灭，从而减少了电子对石英玻璃的损伤，进而提高了石英玻璃的使用寿命。采用了上述放电腔组件后，由于观察筒上的石英玻璃的寿命显著提高，因而使得设备的整体寿命显著提高。
附图说明
图1是本发明实施方式提供的微波等离子体化学气相沉积设备的整体结构示意图。
图2是本发明实施例1提供的电子阱的剖视图；
图3是本发明其它实施例提供的电子阱的剖视图；
图4是本发明其它实施例提供的电子阱的剖视图；
图5是现有技术中的电子阱中电场仿真图；
图6是图2中电子阱内壁设置一个环形凹槽时电场仿真图;
图7是图3中电子阱内壁设置多个等径凹槽时电场仿真图；
图8是图4中电子阱内壁设置有多个变径凹槽时电场仿真图
图9是本发明实施例2提供的电子阱的剖视图；
图10是本发明其它实施例提供的电子阱的剖视图；
图11是本发明其它实施例提供的电子阱的剖视图;
图12是图9中电子阱内壁设置一个环形凸部时电场仿真图；
图13是图10中电子阱内壁设置多个等径环形凸部时电场仿真图；
图14是图11中电子阱内壁设置有多个变径环形凸部时电场仿真图。
图标：010-沉积设备；100-放电腔组件；110-放电腔；120-观察筒；121-环形凹槽；122-环形凸起；123-观察窗；124-电子阱；200-微波源；300-微波传输装置；310-矩形波导；320-调谐组件。
具体实施方式
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
实施例1：
请参考图1，本实施例提供了一种微波等离子体化学气相沉积设备010，其包括机架、微波源200、微波传输装置300及放电腔组件100。上述微波源200安装在机架的一端，并通过微波传输装置300与放电腔组件100连接。
上述微波传输装置300包括矩形波导310及调谐组件320，矩形波导310水平设置，其一端与微波源200连接，另一端与调谐组件320连接。调谐组件320包括水平部分和竖直部分；其中，水平部分为矩形管状，竖直部分为圆形管状。竖直部分的上端与水平部分连接，下端与放电腔组件连接。微波从微波源200出来后，通过矩形波导310、水平部分及竖直部分传递到放电腔组件100的放电腔及观察筒中。由于上述矩形波导及调谐组件均可以直接采用现有技术中的结构，为避免赘述，不再对其进行详细描述。
上述放电腔组件100包括放电腔110及改进后的观察筒120，上述观察筒120包括电子阱124及观察窗123，电子阱124一端与放电腔110的外壁连接，另一端与观察窗123连接。上观察窗123是由石英玻璃制成。具体地，请参考图2，上述放电腔组件100的主体结构为竖直设置的圆形筒状结构。放电腔110的外壁上设置有多个通孔，每个通孔处设置有一个观察筒120；观察筒120通过对应的通孔与放电腔110的内腔连通。
上述放电腔110内壁上设置有能够降低二次电子发射系数的材料涂层，使得放电腔110能够降低电子的二次发射几率，从而减小放气率，提高放电腔110内的真空度；为高品质的金刚石的生成提供条件。上述材料涂层采用的材料可以是铼或者铂。本实施例提供的放电腔组件100的每个观察筒120的内壁上均设置有一个环形凹槽121。实验表明设置环形凹槽121后，其能够使得观察筒120内的部分电子湮灭。而电子对石英玻璃观察窗的损伤如下：1.其容易导致观察窗模糊不清，影响观察；2.引起玻璃透光率的变化，影响红外测温仪的检查结果；3.石英玻璃在电子的作用下，其硅离子容易溢出，对放电腔内的样品产生污染。而设置了环形凹槽121后，其能够显著减少到达石英玻璃的电子，从而便于工作人员观察放电腔内部的情况，提高红外测温仪检查结果的准确性；并能够防止样品被硅离子污染。
上述沉积设备010的微波源200产生微波后，微波通过微波传输装置300传输到放电腔组件的放电腔110中，并在放电腔110中进行等离子体放电。由于采用了上述改进后的放电腔组件100，观察窗123不易损坏，从而降低了整机的故障率。
作为优选，请参考图3，在其它实施例中，还可以在每个观察筒120的内壁上设置多个间隔排布的环形凹槽121；上述多个环形凹槽121的内径相等。实验表明，通过设置多个内径相等的环形凹槽121，其能够使得观察筒120内更多的电子湮灭，进一步减少电子对石英玻璃观察窗123的损伤，进一步提高了观察窗123的使用寿命。
作为优选，请参考图4，在其它实施例中，还可以在每个观察筒120的内壁上设置多个内径不等的环形凹槽121。具体地，上述多个环形凹槽121沿观察筒120的长度方向间隔排布，并且沿远离放电腔110的方向，环形凹槽121的内径逐渐增大。实验表明，上述设计其能够使得观察筒120内更多的电子湮灭，从而能够显著减少电子对石英玻璃观察窗123的损伤，进而显著提高了观察窗123的使用寿命。
为了验证改进后的电子阱结构的效果，发明人做了仿真试验；并得到以下仿真图。
图5是现有技术中的电子阱中电场仿真图；由图5可知，能够直接到达观察窗123的电子很多。
图6是图2中电子阱内壁设置一个环形凹槽时电场仿真图；由图6可知，在电子阱内壁上设置一个环形凹槽后，到达观察窗123的电子有所减少。
图7是图3中电子阱内壁设置多个等径凹槽时电场仿真图；由图7可知，在电子阱内壁设置多个等径凹槽后，到达观察窗123的电子明显减少。
图8是图4中电子阱内壁设置有多个变径凹槽时电场仿真图；由图8可知，在电子阱内壁设置多个变径凹槽后，到达观察窗123的电子进一步减少。
实施例2：
请参考图9，本实施例提供了另外一种放电腔组件100，其放电腔110部分与实施例1的结构相同，区别在于本实施例中的观察筒120的内壁上没有设置环形凹槽121，而是设置了环形凸起122。
本实施例提供的放电腔组件100每个观察筒120的内壁上均设置有一个环形凸起122，设置环形凹槽121后，其同样能够使得观察筒120内的部分电子湮灭，从而减少电子对石英玻璃观察窗123的损伤，进而提高观察窗123的使用寿命。
作为优选，请参考图10，在其它实施例中，还可以在每个观察筒120的内壁上设置多个间隔排布的环形凸起122；上述多个环形凸起122的内径相等。实验表明，通过设置多个内径相等的环形凸起122，其能够使得观察筒120内更多的电子湮灭，进一步减少电子对石英玻璃观察窗123的损伤，进一步提高了观察窗123的使用寿命。
作为优选，请参考图7，在其它实施例中，还可以在每个观察筒120的内壁上设置多个内径不等的环形凸起122。
具体地，上述多个环形凸起122沿观察筒120的长度方向间隔排布，并且沿远离放电腔110的方向，环形凸起122的内径逐渐减小。实验表明，上述设计其能够使得观察筒120内更多的电子湮灭，从而能够显著减少电子对石英玻璃观察窗123的损伤，进而显著提高了观察窗123的使用寿命。
为了验证改进后的电子阱结构的效果，发明人做了仿真试验；并得到以下仿真图。
图12是图9中电子阱内壁设置一个环形凸部时电场仿真图；由图12可知，在电子阱内壁上设置一个环形凸部后，到达观察窗123的电子有所减少。
图13是图10中电子阱内壁设置多个等径环形凸部时电场仿真图；由图13可知，在电子阱内壁设置多个等径环形凸部后，到达观察窗123的电子明显减少。
图14是图11中电子阱内壁设置有多个变径环形凸部时电场仿真图；由图14可知，在电子阱内壁设置多个变径环形凸部后，到达观察窗123的电子进一步减少。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种微波等离子体化学气相沉积设备，其特征在于，包括微波源、微波传输装置及放电腔组件，所述微波源通过所述微波传输装置与所述放电腔组件连接；
所述放电腔组件包括放电腔以及观察筒，所述观察筒与所述放电腔的外壁连接，并与所述放电腔的内腔连通；所述观察筒的内壁上设置有至少一个环形凹槽或者至少一个环形凸起。
2.根据权利要求1所述的微波等离子体化学气相沉积设备，其特征在于：所述观察筒的内壁上设置有多个所述环形凹槽。
3.根据权利要求2所述的微波等离子体化学气相沉积设备，其特征在于：多个所述环形凹槽的直径相等。
4.根据权利要求2所述的微波等离子体化学气相沉积设备，其特征在于：沿远离所述放电腔的方向，多个所述环形凹槽的直径依次增大。
5.根据权利要求1所述的微波等离子体化学气相沉积设备，其特征在于：所述观察筒的内壁上设置有多个所述环形凸起。
6.根据权利要求2所述的微波等离子体化学气相沉积设备，其特征在于：多个所述环形凸起的直径相等。
7.根据权利要求2所述的微波等离子体化学气相沉积设备，其特征在于：沿远离所述放电腔的方向，多个所述环形凸起的直径依次减小。
8.根据权利要求1所述的微波等离子体化学气相沉积设备，其特征在于：所述放电腔的内壁设置有降低二次电子发射系数材料涂层。
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