CN204145870U - 一种高密度NH3+SiH4弧放电等离子体发生装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高密度NH3+SiH4弧放电等离子体发生装置，包括放电腔室、阳极、铈钨阴极、绝缘层、水冷铜板、拉瓦尔喷嘴、阴极本体，阴极本体通过绝缘层与放电腔室的顶部连接，铈钨阴极套装于阴极本体中，在阴极本体上设有氩气、氢气的导入口和冷却水的进口及出口，在放电腔室的底部设有绝缘层和水冷铜板，绝缘层-水冷铜板上下交错叠加3—7次，其中最下面一层为水冷铜板，在阳极上设有氨气气源的导入口及通道，在拉瓦尔喷嘴上的出口附近设有导出氨气气源的雾化喷嘴。本实用新型高密度等离子体，能简化减反射薄膜的制备工艺。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种利用直流弧放电产生NH3 + SiH4高密度等离子体的装置，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
目前等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备广泛应用于晶体硅太阳能电池片制造过程中的减反射膜氮化硅(SixNy)薄膜的制备，是太阳能电池生产线上的关键设备之一。 等离子体源是PECVD沉积设备中最关键、最核心的部件，它直接决定了薄膜的产能、自动化程度以及电池的有效使用面积。直流多级弧放电等离子体源因为可以在实现高速的沉积率（20nm/s）的同时保证薄膜的各方面性能而得到越来越广泛的关注和使用。目前晶硅电池生产中使用的PECVD装置是通过阴极处注入Ar而产生高密度等离子体，然后高密度Ar等离子体离化从阳极拉瓦尔喷嘴出口处喷出的NH3气源形成Ar + NH3等离子体，最后从阳极喷出的Ar+NH3等离子体离化从阳极正下方一定距离的中空圆环中喷出的SiH4气源，最终形成Ar + NH3 + SiH4多相非平衡等离子体。在实际使用过程中，喷出SiH4气源的圆环与阳极的距离对SiH4的离化有很大影响。随着等离子体源工艺参数的改变，为了获得高SiH4离化率的同时保证薄膜的良好性能，需不断调整圆环和阳极之间的距离，这就使得减反射薄膜的制备工艺更加复杂。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足而提供一种高密度NH3+SiH4弧放电等离子体发生装置，该装置既能产生NH3+SiH4高密度等离子体，又能简化减反射薄膜的制备工艺。
为达到上述目的，本实用新型采用的解决方案是：该等离子体发生装置包括放电腔室、阳极、铈钨阴极、绝缘层、水冷铜板和拉瓦尔喷嘴，在放电腔室的底部设有绝缘层，在绝缘层下设有水冷铜板，绝缘层-水冷铜板上下交错叠加3—7次，每个水冷铜板上设有冷却水的进口、出口及通道，阳极位于绝缘层-水冷铜板的叠加层下，其上设有拉瓦尔喷嘴，在放电腔室的上方设有一阴极本体，阴极本体绝缘层与放电腔室的顶部连接，铈钨阴极套装于阴极本体中，其上端穿出阴极本体位于密封罩内，其下端位于放电腔室内，在阴极本体上设有逆变直流电源的接头、氩气、氢气的导入口和冷却水的进口及出口；所述绝缘层-水冷铜板叠加层的最下面一层为水冷铜板，在阳极上设有氨气气源的导入口及通道，在拉瓦尔喷嘴的出口附近设有导出氨气气源的雾化喷嘴；在阳极上设有冷却水进水分配柱和冷却水回水收集柱，冷却水进水分配柱和冷却水回水收集柱用于等离子体发生装置各功能部位的进水冷却与回流排放。
本实用新型是利用直流弧放电使气体电离而产生等离子体，其基本原理是：氩气和氢气由阴极上部注入，沿阴极针杆进入等离子体源放电室，阴极通过场电效应发射电子，电子在电场加速下轰击氩气和氢气混合体引起电离，形成氩气和氢气等离子体。氩气和氢气等离子体在放电腔室压力作用下，进入阴阳极间的通道形成稳定的非平衡等离子体，然后这个高密度等离子体离化由与阳极直接接触的水冷铜板导入的氨气气源，接着等离子体继续离化由拉瓦尔喷嘴出口处喷出的氨气气源，最终形成制备减反射薄膜氮化硅所需的等离子体。经实验测试得出通道中等离子体密度可达1024/m3。与将氩气和氢气直接注入放电室的装置相比，本实用新型可以防止因在放电室中存在压力差的区域而导致的等离子体在通道中的不均匀。另外本实用新型由于氨气通过拉瓦尔喷嘴出口处附近的雾化喷嘴喷出，因此能使反应气体氨气充分电离，从而提高镀膜的均匀性和沉积效率，同时也可简化减反射薄膜的制备工艺。本实用新型特别适合进行快速PECVD薄膜沉积使用。
附图说明
图1为本实用新型的剖视图。
图2为本实用新型的主视图。
图中：1—密封罩，2—铈钨阴极，3—阴极本体，4—冷却水进口，5—电源接头，6—锁紧螺母，7—放电腔室，8—冷却水进口，9—氨气气源的导入口，10—氩气、氢气的导入口，11—冷却水出口， 12—水冷铜板，13—绝缘层，14—固定夹，15—冷却水出口， 16—阳极，17—拉瓦尔喷嘴， 18—雾化喷嘴，19—压紧套，20—螺杆， 21—螺杆， 22—冷却水进水分配柱， 23—冷却水回水收集柱，24—通道。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如附图所示，本实用新型主要由密封罩1、铈钨阴极2、阴极本体3、、放电腔室7、水冷铜板12、绝缘层13、阳极16、拉瓦尔喷嘴17和雾化喷嘴18组成，阴极本体3通过绝缘层13设于放电腔室7的顶部，铈钨阴极2套装于阴极本体3中，其上端穿出阴极本体3位于密封罩1内，其下端穿位于放电腔室7内，在阴极本体3上设有逆变直流电源的接头5、氩气、氢气的导入口10和冷却水的进口4及出口11；放电腔室7由石英玻璃材料制成，在它的底部安装有绝缘层13，在绝缘层,13下安装水冷铜板12，绝缘层-水冷铜板上下交错叠加3次，其中最下面一层为水冷铜板12，每个水冷铜板12上均设有冷却水进口8和出口15。阳极16连接在最下面一层水冷铜板12下，阳极16接地，其上设有拉瓦尔喷嘴17和氨气气源的导入口9及通道，在拉瓦尔喷嘴17的出口附近设有雾化喷嘴18，雾化喷嘴18将氨气气源导入至拉瓦尔喷嘴17内，从阳极喷出的H2+Ar + NH3等离子体充分离化硅烷气体。
Claims (1)
1.一种高密度NH3+SiH4弧放电等离子体发生装置，包括放电腔室（7）、阳极（16）、铈钨阴极（2）、绝缘层（13）、水冷铜板（12）和拉瓦尔喷嘴（17），在放电腔室（7）的底部设有绝缘层（13），在绝缘层（13）下设有水冷铜板（12），绝缘层-水冷铜板上下交错叠加3—7次，每个水冷铜板（12）上设有冷却水的进口（8）、出口（15）及通道（24），阳极（16）位于绝缘层-水冷铜板的叠加层下，其上设有拉瓦尔喷嘴（17），a．在放电腔室（7）的上方设有一阴极本体（3），阴极本体（3）通过绝缘层（13）与放电腔室（7）的顶部连接，铈钨阴极（2）套装于阴极本体（3）中，其上端穿出阴极本体（3）位于密封罩（1）内，其下端位于放电腔室（7）内，在阴极本体（3）上设有逆变直流电源的接头（5）、氩气、氢气的导入口（10）和冷却水的进口（4）及出口（11）；其特征在于：
b．阳极（16）通过螺杆（21）与石英腔室相连接，阴极本体（3）通过螺杆（20）与石英腔室相连接；
c．在阳极（16）上设有氨气气源的导入口（9）及通道，在拉瓦尔喷嘴（17）上的出口附近设有导出氨气气源的雾化喷嘴（18）；
d．在阳极（16）上设有冷却水进水分配柱（22）和冷却水回水收集柱（23），冷却水进水分配柱（22）和冷却水回水收集柱（23）用于等离子体发生装置各功能部位的进水冷却与回流排放。
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