CN207425792U - 电极结构和真空等离子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及等离子体气相沉积技术领域，公开了一种电极结构以及应用了该种电极结构的真空等离子设备，电极结构包括：N个电极板，N为大于等于2的自然数；N‑1个样品；样品与电极板依次交替地间隔设置；各电极板之间的电位相同；电极板与样品之间存在电势差。根据本实用新型的电极结构所制造的真空等离子设备，能够使得等离子体气相沉积在相近的电场环境下进行，确保沉积形成的薄膜尽量均匀。

Description

电极结构和真空等离子设备

技术领域

本实用新型涉及等离子体气相沉积技术领域，特别涉及一种电极结构以及应用了该种电极结构的真空等离子设备。

背景技术

等离子气相沉积技术简单来说是一种用等离子体激活反应气体,促进在基体表面或近表面空间生成固态膜的技术。

通常真空条件下，将作为材料源的气态原子、分子或离子等形成等离子体，在高频或直流电场作用下，利用低温等离子体作为能量源，通入适量的气体，利用等离子体放电，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。

现有技术已提供了一种真空等离子体沉积设备，由射频电源、电极板、腔室等组成。其中各个电极板等间距排布，在两个电极板之间设置样品，且样品到两电极板的距离相同。一部分电极板与高电位连接，剩余部分的电极板与低电位连接，并且高电位的电极板和低电位的电极板交替布置。

由于样品置于电场中，因此靠近高电位的一侧带负电，靠近低电位的一侧带正电，气体在在电场的作用下被转化为等离子体，并向样品表面沉积。

但是，在现有技术中，由于高低电位电极的电场强度的差异，导致样品的两个面的沉积速率不一样，最终影响沉积结果，会出现沉积不均匀、表面粗糙等问题，因此需要做出改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电极结构，在真空腔体内设置该电极结构能够改进等离子体气相沉积的均匀性。

具体来说，本实用新型提供了一种电极结构，包括：N个电极板，N为大于等于2的自然数；N-1个样品；样品与电极板依次交替地间隔设置；各电极板之间的电位相同；电极板与样品之间存在电势差。

本实用新型还提供了一种真空等离子体设备，包括真空腔体和设置在真空腔体内的上述电极结构。

相对于现有技术而言，本实用新型的各电极板之间的电位相同，因此尽量保证了距离最近的电极板与样品之间的电势差也相同，进而产生强度和均匀性都尽可能相近的电场，使得等离子体气相沉积在相近的电场环境下进行，确保沉积形成的薄膜尽量均匀。

作为优选，电极板都连接至同一个射频源，构成等位电极；或者，连接至同一个射频源的电极板和接地的电极板依次交替设置。

通过连接射频源，产生射频等离子体，并且给各个电极板施加相同的电位，构成等位电极，减少各个电极板间的相互影响。

此外，还可以将连接至同一个射频源的电极板和接地的电极板依次交替设置。在相邻两个电极板之间形成电场，使位于电极板间的样品发生气相等离子体沉积。

另外，作为优选，所述各样品之间的电势都相等。

通过控制电极板和样品，使得样品两侧等离子体处于相同的电场环境中，有利于后续的等离子体气相沉积的进行。

进一步地，作为优选，各样品都接地。

通过将样品接地的方式，使样品处于接地电位，进一步地，在样品和电极板之间形成电场。由于电极板均为等位电极，因此可以仅通过调节样品达到调节样品与相邻两个电极的电势差的目的，最终使得产生的电场相同。

进一步地，作为优选，电极结构还包括用于承托样品的托架；托架包括与样品一一对应设置的承托槽，样品被安置在承托槽内；托架还包括将承托槽连接起来的支撑底座。

设置托架有利于样品的安放，使用支架使得样品在沉积过程中不易发生移动，进而保证沉积更加均匀。

进一步地，作为优选，支撑底座上设置有接地端口，托架内埋设有分别从接地端口连接自承托槽的槽口位置的接地线；样品与接地线在槽口的位置电接触。

由于要使样品接地，因此可以通过支架接地的方式间接使得样品接地，既能保护样品，尽量保证了样品的完整性，也不会影响气相沉积的结果。同时，增设可以接地的支架，省去了单独给样品接地的操 作步骤，更方便拆卸样品，提高了效率。

另外，作为优选，各样品中至少有一个样品处于悬浮电位。

通过制造悬浮电位可以控制得样品处于相同电场强度，有利于控制样品两侧沉积速率相同。

另外，作为优选，各电极板相互平行且彼此之间等间隔设置，样品位于相邻的两个电极板之间的中心位置；各样品在与其相邻的电极板的表面上的投影位于该表面的中部。

由于对样品有两侧的电场环境相似的要求，为了使得样品表面充分沉积，需要确保样品在相邻的电极板的表面上的投影位于该表面的中部，使样品能够充分沉积，一些边缘部分依旧能够均匀镀膜。

另外，作为优选，电极板为圆形板或环形板。

采用圆形或环形的电极板这类电极板，应用范围更广泛，可以适用于不规则形状的样品。采用圆形的电极板，使得等离子体分布更均匀，样品边缘依旧有良好的沉积效果。

附图说明

图1是本实用新型第一实施方式电极结构的示意图；

图2是本实用新型第一实施方式连接至射频源的电极板和接地的电极板交替设置的电机结构的示意图。

图3是本实用新型第二实施方式电极结构的示意图；

图4是本实用新型第三实施方式样品安装在托架上时的局部放大示意图；

图5是本实用新型第四实施方式样品安装在托架上时的局部放大示意图；

图6是本实用新型第六实施方式真空等离子体设备的示意图。

附图标记说明：

1-射频源；2-电极板；3-样品；4-真空腔体；5-托架；5a-承托槽；5b-紧固装置；5c-接地装置；5c1-接地端口；5c2-接地线；5d-支撑底座。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本实用新型进行进一步的详细说明。附图中示意性地简化示出了电极结构和真空等离子设备等。

实施方式一

本实用新型的第一实施方式提供了一种电极结构，参见图1、图2所示，包括：N个电极板2，N为大于等于2的自然数；N-1个样品3；样品3与电极板2依次交替地间隔设置；其中，各电极板2之间的电位相同；电极板2与样品3之间存在电势差。

电极板2都连接至同一个射频源1，构成等位电极；或者，所述连接至同一个射频源(1)的电极板(2)和接地的电极板依次交替设置。

具体来说，参照图1所示，由于需要在样品3的两边进行等离子气相沉积，至少需要2个电极板2，因此电极板2的个数N为大于等于2的自然数。在本实施方式中，取电极的个数N为7来看，样品3为6个。电极板2的连接射频源1，既能促进产生等离子体，又能使电极板2带电。

由于7个电极板2并联在一个射频源1上，因此确保了个电极板2之间的电位相同。

通过使样品3和电极板2之间存在电势差，使得样品3与电极板2之间产生电场，并控制电场强度。

电极机构的具体工作流程如下：打开射频源1，产生的等离子体，并且使个电极板2带电；7个电极板2并联连接射频源1，通过调节电极板2等使得各电极板2之间的电位相同，构成等位电极；6个样品3和7个电极板2依次交替第间隔设置，开启射频源1后，由于带电的电极板2和样品3之间存在电势差，从而激发出电场。

由于7个电极板2为等位，因此在每个样品3两侧激发的电场相近，最终得到相似的电场环境；等离子体在电场作用下进行气相沉积，最终在样品3表面形成薄膜。

优选地，参见图2所示，还可以将连接至同一个射频源1的电极板2和接地的电极板依次交替设置，使样品3处于悬浮电位，并将样品3设置于两电极板2之间。

在本实施方式中，各电极板2相互平行且彼此之间等间隔设置，样品3位于相邻的两个电极板2之间的中心位置；各样品3在与其相 邻的电极板2的表面上的投影位于该表面的中部。

具体来说，可以再增加一些刻度与参考坐标，使得在安装样品3时可以根据电极板2上的刻度和参照进行安装。再根据其他参照测量样品3与各个电极板2间的距离，使各电极板2相互平行且彼此之间等间隔设置。

并且，在采用托架5情况下，可以先对托架5进行调整，同样可以依据其他参照，再将样品3和电极板2加以固定，使得电极板2和样品3能够更合理地设置。

当然，各电极板2之间的位置稍有误差，也并不影响本实用新型技术目的的实现。

在本实施方式中，各样品3之间的电势都相等。

具体来说，控制各个样品3之间的电势，使之电势都相等是调节样品3与电极之间的电场环境的方式之一。当样品3处于基本相同的环境时，每个样品3的沉积速率都是相近的，最终得到的薄膜厚度也是在一定误差范围内的，有利于提高批量生产的精度和效率。当然，各样品3之间的电势也可以有些微区别，这并不影响本实用新型的技术目的的实现。

为了使各样品3之间的电势都相等，可以令样品3处于悬浮电位。

具体来说，在本实施方式中，可以制造悬浮电位，使样品3与电极板2之间产生电势差，主要的方法可以是给样品3充电，或者将样品3与电源4相连。

通过控制样品3的电量和电势，控制电场强度的大小，进而调节气相沉积的速率。

本实用新型通过将N个电极连接到同一个射频源1上，使得各个电极之间的电位相同，确保各个样品3与其相邻的两个电极板2的电势差基本相同。与现有技术相较，由于样品3量两侧的电场环境相似，因此可以将样品3两侧气相沉积的速率控制在相似的范围内，最终使得沉积得到的薄膜在样品3两侧均匀分布。

实施方式二

本是实用新型的第二实施方式提供了一种电极结构，本实施方式与第一实施方式有所不同，主要不同之处在于，在本实用新型的第一 实施方式中，样品3处于悬浮电位；而在本实用新型的第二实施方式中，结合图3来看，各样品3都接地。

通过将样品3接地，使样品3处于接地电位，进而在电极板2与样品3之间形成电场，并且，调节电极板2的带电量即可调整电场强度，控制气相沉积的速率。

具体来说，样品3接地的形式可以为，使用导线将接地端和样品3相连等方式。

实施方式三

本实用新型的第三实施方式提供了一种电极结构，第三实施方式是对第一实施方式和第二实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本实用新型的第三实施方式中，参见图4所示，电极结构还包括用于承托样品3的托架5；托架5包括与样品3一一对应设置的承托槽5a，样品3被安置在承托槽5a内；托架5还包括将承托槽5a连接起来的支撑底座5d。

具体来说，开启射频源1前，需要将样品3进行固定，使得样品3在沉积过程中保持静止，使沉积发生更加顺利，薄膜生成更加均匀。

结合图3来看，托架5设有样品3相匹配的承托槽5a，并配有相应的紧固装置5b，减少样品3在等离子体气相沉积的过程中发生移动。托架5的材料可以为绝缘体，使得托架5不干扰电场环境，有利于气相沉积的稳定发生。

实施方式四

本实用新型的第四实施方式提供了一种电极结构，第四实施方式是对第三实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，参见图5所示，在本实用新型的第四实施方式中，支撑底座上设置有接地端口5c1，托架5内埋设有分别从接地端口5c1连接自承托槽5a的槽口位置的接地线5c2；样品3与接地线5c2在槽口的位置电接触。

与第五实施方式的托架5相比，在本实施方式中，托架5本身含有接地装置5c，其中包括接地端口5c1和接地线5c2，接地线5c2一端连接大地，一端与接地端口5c1相连。

具体来说，接地装置5c设置于托架5内，将样品3安装在托架5 上时，样品3就会接地，省去了对各个样品3都要进行接地的繁琐操作，有利于提高效率和批量化生产。

实施方式五

本实用新型的第五实施方式提供了一种电极结构，本实施方式是对第一实施方式至第四实施方式中任意一实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，电极板2为圆形板或环形板。

通过设置环形或圆形的电极板2，使得样品3在复杂形状下也依然能够均匀地沉积，并在样品3的边缘均匀地形成镀膜。

实施方式六

本实用新型的第六实施方式提供了一种真空等离子体设备，参见图6所示，包括真空腔体4和设置在所述真空腔体4内的上述第一实施方式到第五实施方式中任一实施方式的电极结构。

本实用新型通过将N个电极连接到同一个射频源1上，使得各个电极之间的电位相同，确保各个样品3与其相邻的两个电极板2的电势差基本相同。与现有技术相较，由于样品3量两侧的电场环境相似，因此可以将样品3两侧气相沉积的速率控制在相似的范围内，最终使得沉积得到的薄膜在样品3两侧均匀分布。相较于现有技术而言，本实施方式采用了上述的电极结构，可以在真空的环境下更均匀地给样品3沉积薄膜。

本领域的普通技术人员可以理解，在上述的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电极结构，包括：

N个电极板(2)，所述N为大于等于2的自然数；

N-1个样品(3)；

所述样品(3)与所述电极板(2)依次交替地间隔设置；

其特征在于，

所述各电极板(2)之间的电位相同；

所述电极板(2)与所述样品(3)之间存在电势差。

2.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，所述电极板(2)都连接至同一个射频源(1)，构成等位电极；

或者，所述连接至同一个射频源(1)的电极板(2)和接地的电极板依次交替设置。

3.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，所述各样品(3)之间的电势都相等。

4.根据权利要求3所述的电极结构，其特征在于，所述各样品(3)都接地。

5.根据权利要求4所述的电极结构，其特征在于，所述电极结构还包括用于承托所述样品(3)的托架(5)；

所述托架(5)包括与所述样品(3)一一对应设置的承托槽(5a)，所述样品(3)被安置在所述承托槽(5a)内；

所述托架(5)还包括将所述承托槽(5a)连接起来的支撑底座(5d)。

6.根据权利要求5所述的电极结构，其特征在于，所述支撑底座(5d)上设置有接地端口(5c1)，所述托架(5)内埋设有分别从所述接地端口(5c1)连接自所述承托槽(5a)的槽口位置的接地线(5c2)；

所述样品(3)与所述接地线在所述槽口的位置电接触。

7.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，所述各样品(3)中至少有一个样品(3)处于悬浮电位。

8.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，所述各电极板(2)相互平行且彼此之间等间隔设置，所述样品(3)位于相邻的两个电极板(2)之间的中心位置；

所述各样品(3)在与其相邻的电极板(2)的表面上的投影位于该表面的中部。

9.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，所述电极板(2)为圆形板或环形板。

10.一种真空等离子体设备，包括真空腔体(4)和设置在所述真空腔体(4)内的如权利要求1至9中任意一项所述的电极结构。