CN211947216U - 微波等离子体化学气相沉积装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为一种微波等离子体化学气相沉积装置，包括微波源、环形器、功率计、三销钉匹配调节器、模式转换天线、短路活塞、石英窗口、沉积基台、矩形波导、圆波导、水负载和密闭反应腔体；微波源依次与环形器、功率计、三销钉匹配调节器、模式转换天线、矩形波导连接，环形器连接有水负载，矩形波导的末端设置有短路活塞，模式转换天线位于沉积基台的正上方，密闭反应腔体的顶部设置有石英窗口，矩形波导通过模式转换天线下接圆波导再经石英窗口投射入密闭反应腔体中，密闭反应腔体的内部设置有沉积基台，沉积基台上设置有等离子体球。本发明能够利用TM02模式产生较大面积等离子体区域用于沉积金刚石膜，装置结构更加简单，成本更低。
Description
技术领域
本实用新型涉及化学气相沉积金刚石膜领域，具体涉及一种微波等离子体化学气相沉积装置。
背景技术
金刚石膜同时拥有许多优异的性能，如：极高的硬度和弹性模量、极高的室温热导率、相对宽的禁带和电磁波透过范围、极佳的介电和绝缘性能、优异的半导体性能、良好的化学稳定性、极高的抗辐射阈值等，因而是众多传统及高技术领域中迫切需要的一种新材料。
微波等离子化学气相沉积具有无极放电，放电区域能量集中且分布均匀等优点，可以实现高纯度金刚石膜的快速沉积，是目前制备高质量金刚石膜的最佳方法。微波等离子化学气相沉积法以其可控的高质量在近30年来发展迅速，金刚石膜的大面积沉积可以极大地降低成本，进一步促进金刚石膜的工业化应用，对于直径2英寸以内的高质量金刚石膜可以通过2.45GHz的MPCVD技术满足需求。然而在金刚石膜这种材料的有些特殊应用中，如高功率微波及太赫兹窗口材料，会要求所制备的金刚石膜具有较大面积，在现有技术中，通常都是利用TM01模式来实现激发等离子体的，等离子体区域都不能突破半波长的限制，因此金刚石膜的面积往往受限。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种可用于2.45GHz频率下的微波等离子体化学气相沉积装置。
为达到上述目的，本实用新型是这样实现的：
微波等离子体化学气相沉积装置，包括微波源、环形器、功率计、三销钉匹配调节器、模式转换天线、短路活塞、石英窗口、沉积基台、矩形波导、圆波导、水负载和密闭反应腔体；
所述微波源依次与环形器、功率计、三销钉匹配调节器、模式转换天线、矩形波导连接，所述环形器连接有水负载，所述矩形波导的末端设置有短路活塞，所述模式转换天线位于沉积基台的正上方，所述密闭反应腔体的顶部设置有石英窗口，所述矩形波导通过模式转换天线下接圆波导再经石英窗口投射入密闭反应腔体中，所述密闭反应腔体的内部设置有沉积基台，所述沉积基台上设置有等离子体球。
进一步的，所述密闭反应腔体的腔体下部开设有用于通入内部的反应气体入口。
相对于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型解决了现有装置在沉积金刚石膜不能突破半波长的限制，本实用新型采用了新的模式，利用设计了利用TM02模式产生较大面积等离子体区域用于沉积金刚石膜，装置结构更加简单，成本更低。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例微波等离子体化学气相沉积装置的结构示意图。
图中，1、微波源，2、环形器，3、功率计，4、三销钉匹配调节器，5、模式转换天线，6、短路活塞，7、石英窗口，8、沉积基台，9、矩形波导，10、密闭反应腔体，11、H2入口，12、CH4入口，13、圆波导，14、等离子体球，15、水负载。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，根据本实用新型的实施例，提供一种微波等离子体化学气相沉积装置，包括微波源1、环形器2、功率计3、三销钉匹配调节器4、模式转换天线5、短路活塞6、石英窗口7、沉积基台8、矩形波导9、圆波导13、水负载15和密闭反应腔体10。
如图1所示，微波源1依次与环形器2、功率计3、三销钉匹配调节器4、模式转换天线5、矩形波导9连接，环形器2连接有水负载15，矩形波导9的末端设置有短路活塞6，模式转换天线5位于沉积基台8的正上方，密闭反应腔体10的顶部设置有石英窗口7，矩形波导9通过模式转换天线5下接圆波导13再经石英窗口7投射入密闭反应腔体10中，密闭反应腔体9的内部设置有沉积基台8，沉积基台8上设置有等离子体球14。
其中，密闭反应腔体10的腔体下部开设有用于通入内部的反应气体入口。在本实用新型实施例中，密闭反应腔体10的气体入口分别为设置在密闭反应腔体10下部两侧的H2入口11和CH4入口12。
本实用新型装置的整体工作过程为：微波源1提供初始的能量在矩形波导里面以TE10的模式传播，环形器2作为一个三端口的器件主要作用是吸收反射回来的能量，保护微波源1不受损坏，功率计3实时监测系统的功率输出保证反应的稳定进行，三销钉匹配调节器4和短路活塞6的使用，是为了更好地调节微波源和等离子体反应腔的匹配，使得微波能量的使用效率更高，模式转换天线5的主要作用就把矩形波导9里的TE10模式转换为圆波导13所需的TM02模式，以保证反应腔体的正常工作，石英窗口7的作用是将反应腔体里面的CH4气体和H2气体限制在反应腔体内，保证气体的利用率，沉积基台8的作用就是承接等离子体球14，使得金刚石膜更好地沉积。使用本实用新型的装置进行金刚石膜沉积时，首先打开装置气体入口所接的气体装置，通入99％的氢气和1％的甲烷气体，调整气压到合适气压，打开微波源整个激励系统，通过短路活塞和销钉调节，使得微波能量在基台上特定区域聚焦形成高场强区域，在微波场作用下电子被加速与氢分子碰撞得到原子氢原子氢与甲烷反应形成甲基(CH3),甲基热分解在衬底基片上析出了金刚石薄膜。整个化学反应过程如下：
H2+e→H+H+e
CH4+H→CH4+H2
采用本实用新型的微波等离子体化学气相沉积装置，能够利用TM02模式突破半波长限制，产生较大面积等离子体区域用于沉积金刚石膜。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，包括微波源(1)、环形器(2)、功率计(3)、三销钉匹配调节器(4)、模式转换天线(5)、短路活塞(6)、石英窗口(7)、沉积基台(8)、矩形波导(9)、圆波导(13)、水负载(15)和密闭反应腔体(10)；
所述微波源(1)依次与环形器(2)、功率计(3)、三销钉匹配调节器(4)、模式转换天线(5)、矩形波导(9)连接，所述环形器(2)连接有水负载(15)，所述矩形波导(9)的末端设置有短路活塞(6)，所述模式转换天线(5)位于沉积基台(8)的正上方，所述密闭反应腔体(10)的顶部设置有石英窗口(7)，所述矩形波导(9)通过模式转换天线(5)下接圆波导(13)再经石英窗口(7)投射入密闭反应腔体(10)中，所述密闭反应腔体(10)的内部设置有沉积基台(8)，所述沉积基台(8)上设置有等离子体球(14)。
2.根据权利要求1所述的微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，所述密闭反应腔体(10)的腔体下部开设有用于通入内部的反应气体入口。
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