CN201756583U

CN201756583U - 一种低温沉积大面积类金刚石薄膜的装置

Info

Publication number: CN201756583U
Application number: CN2010201548434U
Authority: CN
Inventors: 钱锋; 林晶; 何光发; 杨海友
Original assignee: Shenzhen City Tianxingda Vacuum Metallic-Membrane Plating Equipment Co Ltd
Current assignee: Shenzhen City Tianxingda Vacuum Metallic-Membrane Plating Equipment Co Ltd
Priority date: 2010-04-12
Filing date: 2010-04-12
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2020-04-12

Abstract

本实用新型提供了一种低温沉积大面积类金刚石薄膜的装置。它包括上电极、下电极、匀气装置、抽气调节阀、分子泵、直联机械泵、净化阀、充气罐、气瓶和负偏压监测仪，上电极、下电极放在真空室中，通过抽气调节阀同分子泵和直联机械泵相连接，分子泵连接净化阀，净化阀分别连接充气罐和气瓶，充气罐通过匀气装置连接到真空室内，负偏压监测仪膜和射频电源分别连接上电极和下电极。本实用新型的设备工艺简单，重复性好，膜的均匀性好。可在光学显微镜下直接观察到金刚石晶体。本实用新型可用于光学，电学和机械等领域的类金刚石薄膜技术。

Description

一种低温沉积大面积类金刚石薄膜的装置

(一)技术领域

本实用新型属于类金刚石薄膜技术，具体涉及化学气相沉积类金刚石薄膜。

(二)技术背景

类金刚石薄膜因其具有极高的硬度、耐磨性好、抗压强度高、耐高温、高热导等优异的物理化学特性而备受人们的青睐。目前，国内外沉积类金刚石薄膜的方法主要有射频等离子体，微波等离子体，脉冲激光或电子束加热或蒸发离化石墨靶，磁控溅射沉积金刚石薄膜的方法。这些方法或多或少的存在沉膜温度高、表面光洁性差、制备的薄膜面积小等缺点。

(三)发明内容

本实用新型的目的提供一种工艺简单，重复性好，膜的均匀性好。可在光学显微镜下直接观察到金刚石晶体的低温沉积大面积类金刚石薄膜的装置。

本实用新型的目的是这样实现的：它包括上电极1、下电极2、匀气装置3、抽气调节阀4、分子泵5、直联机械泵6、净化阀7、充气罐8、气瓶9和负偏压监测仪10，上电极1、下电极2放在真空室中，通过抽气调节阀4同分子泵5和直联机械泵6相连接，分子泵5连接净化阀7，净化阀7分别连接充气罐8和气瓶9，充气罐8通过匀气装置3连接到真空室内，负偏压监测仪膜10和射频电源分别连接上电极1和下电极2。

本实用新型还有这样一些技术特征：

1、所述的上电极1、下电极2、匀气装置3设置在真空室内，加上射频电源在上电极1、下电极2间形成等离子区，负偏压监测仪膜10分别连接上电极1和下电极2监测反应工艺；抽气调节阀4精确控制反应过程中真空室的压力和充气量；利用净化阀7对充气管和充气罐和流量计从而提高反应气体的纯度；匀气装置3使充入真空室的气体各个方向形成均匀的梯度。

2、所述的直联机械泵6、净化阀7、充气罐8构成气体冲洗管路，反应气体由气瓶通过净化阀7、充气罐8、匀气装置3充入到真空室内；

3、所述的充气罐8两边均设置有抽气调节阀；

4、所述的上电极1、下电极2采用水冷铜电极；

5、所述的充气罐8、气瓶9充有含碳元素的气体和氩气；

6、所述的匀气装置3为三级耙式结构。

7、所述的调节抽气阀4为步进电机控制电动该板阀。

本实用新型装置是一种低温等离子增强化学气相沉积制备大面积类金刚石薄膜装置，利用射频等离子增强化学气相沉积(PECVD)的方法制备类金刚石薄膜。在真空系统中采用RF(射频)等离子体化学气相沉积设备电离乙炔，丁烷，甲烷等含C(碳)元素的气体，并充入氩气(Ar)作为等离子放电工作气体，使其在两个Φ650的铜电极之间形成等离子区，并把工件放在等离子区内，沉积而成的类金刚石薄膜，最大可以制备Φ600的类金刚石薄膜。在低温基片上温度为200℃以下沉积出含有六方体的金刚石结构晶体的类金刚石薄膜。在锗，硅基片上可以制备出硬度大于15Gpa的DLC类金刚石薄膜，Φ450的基片均匀性可达±5％，镀制类金刚石红外减反膜光学特性7.7μm-9.8μm，Tmax≥96％。

本实用新型的技术特点有：

1.本实用新型装置中的上下电极采用水冷铜电极，这样可以保证基片的温度在薄膜沉积过程中温度一致，并且由于采用了铜作为电极，导热行好，便于把射频输入的功率传递出去，避免大尺寸基片温度不均匀。同时下电极还由电机驱动在真空中以30转/分钟转动，从而制备大面积均匀的薄膜。

2.本实用新型装置中为制备大面积均匀的薄膜，特殊设计了三级耙式结构的匀气管，从而使进到真空室的气体各个方向形成均匀的梯度，并设计了特殊的气体冲洗管路(直联机械泵6、净化阀7、充气罐8)以便及时清理反应过程中生成反应物和杂质气体。

3.在化学气相沉积过程中反应气体的纯度是制备高质量薄膜的关键，在本专利的设备中除要求采用无油分子泵抽真空本底到真空2.0×10-3Pa，反应气体采用高纯气体外，我们还设计了充气管路的抽真空，充气前打开净化阀对充气管和充气罐和流量计，截止阀抽真空，从而提高反应气体的纯度。

4.在PECVD的过程中，气体量的多少决定反应的快慢程度，从而影响薄膜的沉积质量，为了精确控制反应工艺，本实用新型装置设计了独特的电动调节抽气阀，可精确控制反应过程中真空室的压力和充气量。

5.射频放电过程中，电极会形成负偏压从而影响带电粒子的沉积，为控制和监测工艺，本装置设计了负偏压监测仪，用来控制调节射频输入功率和反应工艺。

目前其它方法是没法做到如此大的类金刚石薄膜的。硬度和金刚石的硬度相差无几，若提高含C(碳)元素的气体的纯度，则做出的薄膜的硬度比金刚石的硬度还高。本实用新型的设备工艺简单，重复性好，膜的均匀性好。可在光学显微镜下直接观察到金刚石晶体。本实用新型可用于光学，电学和机械等领域的类金刚石薄膜技术。

(四)附图说明

图1为本实用新型实施例的示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明：

本实用新型包括上电极1、下电极2、匀气装置3、抽气调节阀4、分子泵5、直联机械泵6、净化阀7、充气罐8、气瓶9和负偏压监测仪10。

1.基片清洗：基片(玻璃，单晶硅等)用丙酮和用超声波清洗干净。基片的表面光洁度越高越

2.把清洗好的基片放入真空室的上电极1，下电极2.之间，把抽气调节阀4开到最大，用分子泵5和直联机械泵6对真空室抽真空至1.0×10-3Pa(帕斯卡)以上。

3.开加热控制加热到150-200度的温度，保温15分钟，关闭加热。

4.打开净化阀7，利直联机械泵6对用充气罐8和气瓶9的管路抽真空，然后打开气瓶9的减压阀将高纯丁烷氩气等反应气体充到充气罐8中，然后打开充气罐8的流量计和气体截止阀按一定比例充入甲烷和氩气的混合气体(用质量流量计控制比例)通过匀气装置3对真空室充气，调整抽气调节阀4使真空度保持在0.5Pa(帕斯卡)～20Pa(帕斯卡)之间。

5.打开RF射频电源，真空室放电，将射频电源调节功率到600～1000W，通过负偏压监测仪膜10检测上电极1和下电极2上的负偏压，并适当调节功率气体流量真空度等参数，保证工艺参数稳定开始沉积DLC类金刚石薄膜。根据膜厚度的要求和RF的功率确定沉积的时间。

Claims

1.一种低温沉积大面积类金刚石薄膜的装置，它包括上电极、下电极、匀气装置、抽气调节阀、分子泵、直联机械泵、净化阀、充气罐、气瓶和负偏压监测仪，其特征在于上电极、下电极、匀气装置放在真空室中，通过抽气调节阀同分子泵和直联机械泵相连接，分子泵连接净化阀，净化阀分别连接充气罐和气瓶，充气罐通过匀气装置连接到真空室内，负偏压监测仪膜和射频电源分别连接上电极和下电极。

2.根据权利要求1所述的一种低温沉积大面积类金刚石薄膜的装置，其特征在于所述的射频电源在上电极、下电极间形成等离子区。

3.根据权利要求2所述的一种低温沉积大面积类金刚石薄膜的装置，其特征在于所述的直联机械泵、净化阀、充气罐构成气体冲洗管路，反应气体由气瓶通过净化阀、充气罐、匀气装置充入到真空室内。

4.根据权利要求3所述的一种低温沉积大面积类金刚石薄膜的装置，其特征在于所述的充气罐两边均设置有抽气调节阀。

5.根据权利要求4所述的一种低温沉积大面积类金刚石薄膜的装置，其特征在于所述的上电极、下电极采用水冷铜电极。

6.根据权利要求5所述的一种低温沉积大面积类金刚石薄膜的装置，其特征在于所述的匀气装置为三级耙式结构。

7.根据权利要求6所述的一种低温沉积大面积类金刚石薄膜的装置，其特征在于所述的调节抽气阀为步进电机控制电动该板阀。