CN210899785U - 一种双频热等离子体射流发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双频热等离子体射流发生装置，包括：装置本体，射频线圈、耐高温绝缘挡板、射频电源、射流源阴极、射流源阳极以及电弧电源；装置本体内形成有等离子体反应区；射频电源与射频线圈电连接；射频线圈用于电离放电气体；耐高温绝缘挡板设置在射频线圈与等离子体反应区之间；电弧电源分别与射流源阴极、射流源阳极电连接，射流源阴极和射流源阳极设置在等离子体反应区，射流源阴极和射流源阳极之间形成弧光放电区域，当预电离等离子体通过弧光放电区域后会产生热弧等离子体。该装置采用双频激励方式，通过对射频电源和电弧电源的组合调节，实现多场耦合控制，有助于等离子体的参数的分离控制，可以满足用户更多的需求。

Description

一种双频热等离子体射流发生装置

技术领域

本实用新型涉及热等离子体射流技术领域，尤其涉及一种双频热等离子体射流发生装置。

背景技术

非晶硅薄膜在玻璃基板上的结晶是制备多晶硅薄膜晶体管的关键工艺技术，在液晶显示器和有机发光二极管显示器的显示应用中，准分子激光退火(ELA)已经得到了广泛的应用。然而，由于激光输出功率的限制，在大面积加工中应用ELA技术使得加工成本高，而热等离子体射流制备工艺可以很好地克服这一系列瓶颈问题。

市面上出现了相应的热等离子体射流发生装置，但是现有的热等离子体射流发生装置只具有单一的射频电源，只能通过射频电源来调节热等离子体的温度以及密度，对于热等离子体的参数调节较单一。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的之一在于提供一种双频热等离子体射流发生装置，其采用双频激励方式，通过对射频电源和电弧电源的组合调节，实现多场耦合控制，有助于等离子体的参数的分离控制，可以满足用户更多的需求。

本实用新型的目的之一采用如下技术方案实现：

一种双频热等离子体射流发生装置，包括：装置本体，射频线圈、耐高温绝缘挡板、射频电源、射流源阴极、射流源阳极以及电弧电源；所述装置本体内形成有等离子体反应区；所述射频电源与所述射频线圈电连接；所述射频线圈用于电离进入所述等离子体反应区的放电气体以产生预电离等离子体；所述耐高温绝缘挡板设置在所述射频线圈与所述等离子体反应区之间以将所述射频线圈与所述等离子体反应区隔离从而防止产生的预电离等离子体扩散回所述射频线圈；所述电弧电源的负极与所述射流源阴极电连接，所述电弧电源的正极与所述射流源阳极电连接，所述射流源阴极和所述射流源阳极设置在所述等离子体反应区中且分布在所述等离子体反应区的长度方向上，所述射流源阴极和所述射流源阳极之间形成弧光放电区域，当所述射流源阴极和所述射流源阳极通电时，所述预电离等离子体通过所述弧光放电区域后会产生热弧等离子体从而形成热等离子体射流。

进一步地，所述装置本体上设有水冷通道，所述水冷通道设置在与所述等离子体反应区相对应的位置处以对装置本体进行冷却。

进一步地，还包括用于承载待镀膜基板的载物台，所述载物台与所述等离子体反应区的热等离子体射流出口相对以使热等离子体射流可以喷射到待镀膜基板上。

进一步地，所述载物台可沿着垂直于热等离子体射流的方向移动以对待镀膜基板的不同位置进行镀膜。

进一步地，所述载物台设有移动速度调节按钮以调节所述载物台的移动速度的大小。

进一步地，还包括偏置电源和偏置盘，所述偏置电源的负极与所述射流源阳极电连接，所述偏置电源的正极与所述偏置盘电连接，所述偏置盘设置在所述载物台的未承载待镀膜基板的一侧。

进一步地，所述偏置电源具有电压调节按钮以调节所述偏置电源的电压的大小。

进一步地，所述待镀膜基板为已镀有a-Si薄膜的玻璃基板。

进一步地，所述耐高温绝缘挡板为石英玻璃板或陶瓷板。

进一步地，所述射频电源和所述电弧电源均具有电压调节按钮以调节所述射频电源或所述电弧电源的电压的大小。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

该双频热等离子体射流发生装置采用双频激励方式，射频电源产生的预电离等离子体为下游的弧光放电提供种子等离子体，有助于下游热弧等离子体的产生，双频热等离子体相互耦合，有助于融合成一个高温高密度的热等离子体；射频电源和电弧电源对于等离子体的同一个参数的影响是具有差异的，用户可根据需要对射频电源和电弧电源进行组合调节，实现多场耦合控制，有助于等离子体的参数的分离控制，可以满足用户更多的需求。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种双频热等离子体射流发生装置的结构示意图。

图中，1、射频线圈；2、耐高温绝缘挡板；3、射频电源；4、放电气体；5、射流源阴极；6、射流源阳极；7、电弧电源；8、热弧等离子体；9、热等离子体射流；10、水冷通道；11、玻璃基板；12、a-Si薄膜；13、p-Si薄膜；14、偏置盘；15、偏置电源。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

请参阅图1，其为一种双频热等离子体射流发生装置的结构示意图，包括：装置本体，射频线圈1、耐高温绝缘挡板2、射频电源3、射流源阴极5、射流源阳极6以及电弧电源7；所述装置本体内形成有等离子体反应区；所述射频电源3与所述射频线圈1电连接；所述射频线圈1用于电离进入所述等离子体反应区的放电气体4以产生预电离等离子体；所述耐高温绝缘挡板2设置在所述射频线圈1与所述等离子体反应区之间以将所述射频线圈1与所述等离子体反应区隔离从而防止产生的预电离等离子体扩散回所述射频线圈1；所述耐高温绝缘挡板2为石英玻璃板或陶瓷板；所述电弧电源7的负极与所述射流源阴极5电连接，所述电弧电源7的正极与所述射流源阳极6电连接，所述射流源阴极5和所述射流源阳极6设置在所述等离子体反应区中且分布在所述等离子体反应区的长度方向上，所述射流源阴极5和所述射流源阳极6之间形成弧光放电区域，当所述射流源阴极5和所述射流源阳极6通电时，所述预电离等离子体通过所述弧光放电区域后会产生热弧等离子体8从而形成热等离子体射流9。

该双频热等离子体射流发生装置采用双频激励方式，射频电源3产生的预电离等离子体为下游的弧光放电提供种子等离子体，有助于下游热弧等离子体8的产生，双频热等离子体相互耦合，有助于融合成一个高温高密度的热等离子体；用户可根据需要对射频电源3和电弧电源7进行组合调节，实现多场耦合控制，有助于等离子体的参数的分离控制，可以满足用户更多的需求。

该装置的工作过程如下：

将放电气体4(氩气或者氦气)通入该装置的等离子体反应区中，射频线圈1通电然后电离所进入的放电气体4从而产生预电离等离子体，在梯度压强作用下预电离等离子体被带到弧光放电区域，进入到弧光放电区域的预电离等离子体作为种子等离子体，被通电的所述射流源阴极5和所述射流源阳极6所电离形成热弧等离子体8，热弧等离子体8不断产生积累就形成了热等离子体射流9，从等离子体反应区的热等离子体射流出口喷射出，所产生的热等离子体射流9具有很高的功率。

作为一种优选的实施方式，所述装置本体上设有水冷通道10，所述水冷通道10设置在与所述等离子体反应区相对应的位置处以对装置本体进行冷却。等离子体反应区会产生高温，从而使得装置本体形成高温，通过水冷通道10来进行降温，避免因为高温而影响其他电子器件的工作，延长装置的使用寿命。

作为一种优选的实施方式，还包括用于承载待镀膜基板的载物台，所述载物台与所述等离子体反应区的热等离子体射流出口相对以使热等离子体射流9可以喷射到待镀膜基板上。用户可将需要镀膜的基板放置在载物台上，从而通过该装置所产生的热等离子体射流9对基板进行镀膜。特别地，所述载物台可沿着垂直于热等离子体射流9的方向移动以对待镀膜基板的不同位置进行镀膜。

作为一种优选的实施方式，所述载物台设有移动速度调节按钮以调节所述载物台的移动速度的大小。载物台可自下往上以2000-10000mm/s的扫描速度进行移动，通过调节载物台的移动速度来调节所镀的膜的厚度。

作为一种优选的实施方式，还包括偏置电源15和偏置盘14，所述偏置电源15的负极与所述射流源阳极6电连接，所述偏置电源15的正极与所述偏置盘14电连接，所述偏置盘14设置在所述载物台的未承载待镀膜基板的一侧，所述偏置电源15具有电压调节按钮以调节所述偏置电源15的电压的大小。通过设置偏置电压，可对热等离子体射流9长度以及速度进行控制，有助于热等离子体射流9的引出。

类似地，所述射频电源3和所述电弧电源7均具有电压调节按钮以调节所述射频电源3或所述电弧电源7的电压的大小。

本实用新型所提供的双频热等离子体射流发生装置设有射频电源3和电弧电源7，这两个电源可以从通电时间的长短、通电电压的大小等多方面进行匹配调节，从而产生不同的效果，根据用户的需要进行组合调节，实现多场耦合控制，有助于等离子体相关参数的分离控制；热等离子体射流9的喷射速度可通过偏置电源15来调控，给的偏置电压越大，热等离子射流9喷向玻璃基板11的速度就越快，因为结晶产品的不同，有些需要慢一点的等离子流速度，那就把偏置电压减小即可；此外，还可通过调节放电气体4进入等离子体反应区的速率来调控气流率，从而实现对所产生的热等离子体的相关参数进行调控。

下面以多晶硅薄膜制备工艺进行说明：

本实用新型所提供的双频热等离子体射流发生装置包括射频驱动系统、弧光放电系统、载物台系统和偏压电极系统共四部分。射频驱动系统包括射频线圈1、耐高温绝缘挡板2(即石英玻璃)、射频电源3和放电气体4(即氩气)，射频线圈1和射频电源3用于电离氩气产生预电离等离子体，在梯度压强作用下预电离等离子体被带到弧光放电区域，石英玻璃的作用是阻止产生的预电离等离子体扩散回射频线圈1；弧光放电系统包括射流源阴极5、射流源阳极6、电弧电源7、热弧等离子体8、热等离子体射流9和水冷通道10，进入到弧光放电区域的预电离等离子体作为种子等离子体，再通过电弧电源7负极连接射流源阴极5、电弧电源7正极连接射流源阳极6后产生热弧等离子体8，随后获得高功率热等离子体射流9，此时通过水冷通道10对等离子体反应区所产生的高温进行冷却；载物台系统包括玻璃基板11、a-Si薄膜12，a-Si薄膜12厚度约为100nm并通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方式生成在玻璃基板11上，载物台自下往上以2000-10000mm/s的扫描速度进行移动；偏压电极系统包括偏置盘14和偏置电源15，偏置盘14设置在载物台后方，通过偏置电源15在射流源阳极6和偏置盘14之间施加一个偏置电压，有助于等离子体射流长度的控制和射流的引出，最终使弧光放电系统产生的热等离子体射流9在热梯度和偏置电场的作用下喷射到a-Si薄膜12上，进行非晶硅的结晶生成多晶硅薄膜，即生成p-Si薄膜13，由于载物台自下往上移动故p-Si薄膜13自上往下方向生成。

该双频热等离子体射流发生装置可用于制备多晶硅薄膜晶体管，区别于现有的多晶硅制备技术，采用该双频热等离子体射流技术制备多晶硅薄膜晶体管材料，有效改善了吞吐量低、成本高、多晶硅均一性差和制作工艺复杂等缺点，扩展了多晶硅在大尺寸显示面板上的应用；高功率热等离子体射流源设备相对准分子激光退火设备更为简单，制造低廉；等离子体射流具有方向性好、稳定且功率可调的等离子体输出特性，有利于控制薄膜的结晶化和均一性。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种双频热等离子体射流发生装置，其特征在于，包括：装置本体，射频线圈、耐高温绝缘挡板、射频电源、射流源阴极、射流源阳极以及电弧电源；所述装置本体内形成有等离子体反应区；所述射频电源与所述射频线圈电连接；所述射频线圈用于电离进入所述等离子体反应区的放电气体以产生预电离等离子体；所述耐高温绝缘挡板设置在所述射频线圈与所述等离子体反应区之间以将所述射频线圈与所述等离子体反应区隔离从而防止产生的预电离等离子体扩散回所述射频线圈；所述电弧电源的负极与所述射流源阴极电连接，所述电弧电源的正极与所述射流源阳极电连接，所述射流源阴极和所述射流源阳极设置在所述等离子体反应区中且分布在所述等离子体反应区的长度方向上，所述射流源阴极和所述射流源阳极之间形成弧光放电区域，当所述射流源阴极和所述射流源阳极通电时，所述预电离等离子体通过所述弧光放电区域后会产生热弧等离子体从而形成热等离子体射流。

2.如权利要求1所述的双频热等离子体射流发生装置，其特征在于，所述装置本体上设有水冷通道，所述水冷通道设置在与所述等离子体反应区相对应的位置处以对装置本体进行冷却。

3.如权利要求1所述的双频热等离子体射流发生装置，其特征在于，还包括用于承载待镀膜基板的载物台，所述载物台与所述等离子体反应区的热等离子体射流出口相对以使热等离子体射流可以喷射到待镀膜基板上。

4.如权利要求3所述的双频热等离子体射流发生装置，其特征在于，所述载物台可沿着垂直于热等离子体射流的方向移动以对待镀膜基板的不同位置进行镀膜。

5.如权利要求4所述的双频热等离子体射流发生装置，其特征在于，所述载物台设有移动速度调节按钮以调节所述载物台的移动速度的大小。

6.如权利要求3至5任一项所述的双频热等离子体射流发生装置，其特征在于，还包括偏置电源和偏置盘，所述偏置电源的负极与所述射流源阳极电连接，所述偏置电源的正极与所述偏置盘电连接，所述偏置盘设置在所述载物台的未承载待镀膜基板的一侧。

7.如权利要求6所述的双频热等离子体射流发生装置，其特征在于，所述偏置电源具有电压调节按钮以调节所述偏置电源的电压的大小。

8.如权利要求7所述的双频热等离子体射流发生装置，其特征在于，所述待镀膜基板为已镀有a-Si薄膜的玻璃基板。

9.如权利要求1所述的双频热等离子体射流发生装置，其特征在于，所述耐高温绝缘挡板为石英玻璃板或陶瓷板。

10.如权利要求1所述的双频热等离子体射流发生装置，其特征在于，所述射频电源和所述电弧电源均具有电压调节按钮以调节所述射频电源或所述电弧电源的电压的大小。

Images