CN205954105U - 一种在工件内孔沉积金刚石薄膜的热丝化学气相沉积装置 - Google Patents
一种在工件内孔沉积金刚石薄膜的热丝化学气相沉积装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及金刚石膜生长领域，尤其涉及一种在工件内孔沉积金刚石薄膜的热丝化学气相沉积装置。该装置设有密闭的反应腔体，反应腔体的一端设有气体喷淋头，气体喷淋头通过管路与外部气源连接，反应腔体的另一端设有抽真空系统和真空测控系统；反应腔体内部设有中空的水冷样品台，水冷样品台的中空部分向内依次设有绝缘层、导电层、工件、热丝。本实用新型可以实现在工件内孔快速、均匀沉积金刚石薄膜，减少反应气体的消耗，沉积过程中能测控热丝的温度、工件表面的温度和反应腔内的压强，能准确控制金刚石薄膜沉积各项主要工艺参数，工艺重复性好。
Description
技术领域
本实用新型涉及金刚石膜生长领域，尤其涉及一种在工件内孔沉积金刚石薄膜的热丝化学气相沉积(HFCVD)装置。
背景技术
CVD(化学气相沉淀)金刚石薄膜因具有天然金刚石的高硬度、高热导率、低摩擦系数和低热膨胀系数等诸多优异的性能，而被誉为21世纪最具有发展前途的新型涂层材料。
工业生产中一些核心工件的内孔要求有很高的尺寸精度、表面光洁度和表面硬度，采用非常稀少、昂贵的大颗粒金刚石单晶制作工件是不可能的，目前国内绝大多数场合都会采用硬质合金制作相应的工件，但是这些工件在使用过程中内空容易磨损，工作寿命短，使用效果不理想。从价格和使用效果两方面考虑，比较理想的做法是在硬质合金工件内孔表面涂覆一层均匀的、附着力满足工况要求的金刚石薄膜。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种均匀、高速率、气体利用率高、主要工艺参数可控的在工件内孔沉积金刚石薄膜的热丝化学气相沉积装置。
本实用新型的技术方案：
一种在工件内孔沉积金刚石薄膜的热丝化学气相沉积装置，该装置设有密闭的反应腔体，反应腔体的一端设有气体喷淋头，气体喷淋头通过管路与外部气源连接，反应腔体的另一端设有抽真空系统和真空测控系统；反应腔体内部设有中空的水冷样品台，水冷样品台的中空部分向内依次设有绝缘层、导电层、工件、热丝。
所述的在工件内孔沉积金刚石薄膜的热丝化学气相沉积装置，水冷样品台的上方设有工件内表面温度红外测温仪和热丝温度红外测温仪。
所述的在工件内孔沉积金刚石薄膜的热丝化学气相沉积装置，反应腔体外部设有冷水机、直流加热电源和偏压电源，冷水机与水冷样品台通过管路连接，偏压电源两端分别与导电层、热丝的一端连接，直流加热电源两端分别与热丝连接。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点及有益效果：
1、本实用新型的反应腔体一端设有外部气源和气体喷淋头，另一端设有抽真空系统和真空测控系统，反应气体经喷淋头喷淋直接进入工件内孔区域，经热丝裂解后，就近在工件表面沉积，其他副产物气体经抽空系统排到室外，各反应气体的利用率高，减少反应气体的消耗。
2、由于本实用新型中反应腔体内部有水冷样品台，水冷样品台向内依次设有绝缘层、导电层、工件、热丝，导电层与直流偏压电源相连，在热丝和样品台之间加直流偏压，这样活跃的原子自由基就可以在电场下作加速运动，从而提高了薄膜的形核率和沉积速率。
3、由于本实用新型中水冷样品台上方有工件内表面温度红外测温仪、热丝温度红外测温仪，反应腔体的另一端设有抽真空系统和真空测控系统，可以实现在工件内孔快速、均匀沉积金刚石薄膜，减少反应气体的消耗，过程中能测控热丝、工件表面的温度和反应腔内压强，能准确控制金刚石薄膜沉积各项主要工艺参数，工艺重复性好。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图中：1—绝缘层；2—导电层；3—工件；4—气体喷淋头；5—热丝；6—反应腔体；7—外部气源；8—直流加热电源；9—偏压电源；10—冷水机；11—抽真空系统；12—水冷样品台；13—真空测控系统；14—工件内表面温度红外测温仪；15—热丝温度红外测温仪。
具体实施方式：
下面，结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。对于这些实施例的详细描述，应该理解为本领域的技术人员可以通过本实用新型来实践，并可以通过使用其它实施例，在不脱离所附权力要求书的精神和本实用新型范畴的情况下，对所示实例进行更改和/或改变。此外，虽然在实施例中公布了本实用新型的特定特征，但是这种特定特征可以适当进行更改，实现本实用新型的功能。
如图1所示，本实用新型在工件内孔沉积金刚石薄膜的热丝化学气相沉积装置，该装置主要包括：绝缘层1、导电层2、工件3、气体喷淋头4、热丝5、反应腔体6、外部气源7、直流加热电源8、偏压电源9、冷水机10、抽真空系统11、水冷样品台12、真空测控系统13、工件内表面温度红外测温仪14、热丝温度红外测温仪15等，具体结构如下：
装置设有密闭的反应腔体6，反应腔体6的一端设有气体喷淋头4，气体喷淋头4通过管路与外部气源7连接，反应腔体6的另一端设有抽真空系统11和真空测控系统13。反应腔体6内部设有中空的水冷样品台12，水冷样品台12的中空部分向内依次设有绝缘层1、导电层2、工件3、热丝5；水冷样品台12的上方设有工件内表面温度红外测温仪14和热丝温度红外测温仪15；反应腔体6外部设有冷水机10、直流加热电源8和偏压电源9，冷水机10与水冷样品台12通过管路连接，偏压电源9两端分别与导电层2、热丝5的一端连接，直流加热电源8两端分别与热丝5连接。
实施例
本实施例中，先将预先清洗干净的工件3放入水冷样品台12内部，连接好热丝5，然后用抽真空系统11将反应腔体6内的压强抽至10-4～10-5Pa，通过调节直流加热电源8对热丝5进行加热，使反应腔体6内热丝的温度达到2000～2400℃(通过热丝温度红外测温仪15得到温度值)，调整冷水机10的冷却水流量使反应腔体6内工件内表面温度达到800～900℃(通过工件内表面温度红外测温仪14得到温度值)，通过外部气源7将流量为200sccm的CH4+H2(体积比为1：1)通入反应腔体6，同时开启真空测控系统13，将反应腔体6的压强控制在2000～6000Pa。在反应过程中，只需维持通入的CH4和H2比例及反应腔体6内反应气压不变，整个沉积过程即可持续不断进行。等到生长到需求的厚度后，即可停止反应气体的通入，关闭偏压电源9，同时缓慢的降低热丝5两端的直流加热电源8的电压，直到电压降为0，同时反应腔体6自然冷却，直至反应腔体6内工件3表面温度达到室温，即可打开反应腔体6，取出工件。
实施例结果表明，本实用新型提供种在工件内孔沉积金刚石薄膜的热丝化学气相沉积装置，可以实现在工件内孔快速、均匀沉积金刚石薄膜，减少反应气体的消耗，过程中能测控热丝、工件表面的温度和反应腔内压强，能准确控制金刚石薄膜沉积工艺参数，工艺重复性好。因此，本实用新型不仅可以应用于实验室在金刚石材料方面的研究，也可应用于大规模的工业化生产，就有很高的实用价值。
以上所述的仅是本实用新型所列举的最优实施方式。需要指出，对于本技术领域的所有技术人员，在不脱离所附权力要求书的精神和本实用新型所示原理的范畴情况下，还可以对所示实例进行更改和/或改变，这些改变也应被视为本实用新型的权利保护范围。
Claims (3)
1.一种在工件内孔沉积金刚石薄膜的热丝化学气相沉积装置，其特征在于，该装置设有密闭的反应腔体，反应腔体的一端设有气体喷淋头，气体喷淋头通过管路与外部气源连接，反应腔体的另一端设有抽真空系统和真空测控系统；反应腔体内部设有中空的水冷样品台，水冷样品台的中空部分向内依次设有绝缘层、导电层、工件、热丝。
2.按照权利要求1所述的在工件内孔沉积金刚石薄膜的热丝化学气相沉积装置，其特征在于，水冷样品台的上方设有工件内表面温度红外测温仪和热丝温度红外测温仪。
3.按照权利要求1所述的在工件内孔沉积金刚石薄膜的热丝化学气相沉积装置，其特征在于，反应腔体外部设有冷水机、直流加热电源和偏压电源，冷水机与水冷样品台通过管路连接，偏压电源两端分别与导电层、热丝的一端连接，直流加热电源两端分别与热丝连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN109371380A (zh) * | 2018-12-05 | 2019-02-22 | 中国科学院金属研究所 | 一种多功能金刚石薄膜的热丝化学气相沉积装置 |
| CN109898069A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-06-18 | 西安工业大学 | 一种在金属微孔内沉积类金刚石薄膜的装置和方法 |
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