CN1273280A - 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；
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 (3)
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；
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：所述的硅烷和氦气的比例为1∶5-10，该混合气体的压强为0.01-0.5Pa。
3、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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