CN215404507U - 一种用于金刚石合成的微波等离子体反应器 - Google Patents
一种用于金刚石合成的微波等离子体反应器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及化学气相沉积技术领域，特别涉及一种用于金刚石合成的微波等离子体反应器，包括产生频率f的微波的微波发生器，将从微波发生器产生的微波传输至反应腔室的微波耦合器，用于进行金刚石沉积的反应腔室，所述反应腔室包括腔壁、顶板和基部，所述腔壁包括上腔壁、下腔壁，所述上腔壁与顶板有一定角度θ，下腔壁垂直于基部；基部上设置有基板、出气口、升降沉积台，所述基本为第一升降器。通过角度的改变，会改变反应腔室内驻波谐振的耦合方式，从而达到想要的增益效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及化学气相沉积技术领域，特别涉及一种金刚石合成的微波等离子体反应器。
背景技术
金刚石因其具有高硬度、高热导率、高化学惰性、高光学透明性、高禁带宽度和高载流子浓度等优异的性能，在机械加工、高功率器件散热片、高功率透波窗口和半导体器件及半导体芯片等高精尖领域都有着巨大的应用价值；在上述这些高精尖领域应用中，对金刚石的尺寸及品质都有着严格的要求。
与其他化学沉积方法相比，微波等离子体化学气相沉积法具有无极放电、能量转换效率高、等离子体纯净等优点被认为是制备大面积高品质金刚石膜的首选方法。金刚石的品质和尺寸受限于微波等离子体反应器，尤其是受限于微波等离子体反应器的核心部件—反应腔室；微波在反应腔室中形成驻波，相互叠加产生谐振，激发反应气体产生等离子体球，等离子体球的能量和分布又由反应腔室的结构设计所直接影响，从而间接影响着金刚石膜的沉积速率和品质。
然而，现有的MPCVD圆柱形谐振腔装置，其反应腔室中耦合产生的等离子体球存在能量密度低、不稳定、气体离解不充分等缺点，使得制备出的金刚石含有较多的石墨相，品质较差。为此，有必要设计出一种新的谐振腔室结构，来保证等离子体球的高能量密度和稳定性，并开发出与之相匹配的工艺。
发明内容：
为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种根据反应腔室结构变化和等离子体特性，能有效地解决气体离解不充分、金刚石品质差等问题的微波等离子体反应器。
为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：一种用于金刚石合成的微波等离子体反应器，包括产生频率f的微波的微波发生器，将从微波发生器产生的微波传输至反应腔室的微波耦合器，用于进行金刚石沉积的反应腔室，所述反应腔室包括腔壁、顶板和基部，所述腔壁包括上腔壁、下腔壁，所述上腔壁与顶板有一定角度θ，下腔壁垂直于基部；基部上设置有基板、出气口、升降沉积台，所述基本为第一升降器。
上述的用于金刚石合成的微波等离子体反应器，升降沉积台上设置有用于升降沉积台升降的第二升降器；第一升降器和第二升降器独立运行。
上述的用于金刚石合成的微波等离子体反应器，所述上腔壁与顶板间角度θ范围为 120-180°；
上述的用于金刚石合成的微波等离子体反应器，所述第一升降器升降高度范围为0-15mm，第二升降器的升降高度范围为0-5mm。
本实用新型一种用于金刚石合成的微波等离子体反应器的有益效果是：通过上腔壁与顶板之间的角度改变的设置，增强了反应腔室内等离子体的电场强度，提高了等离子体的能量密度，角度的改变，会改变反应腔室内驻波谐振的耦合方式，从而达到想要的增益效果。通过升降基板与升降沉积台的设置，能够提高等离子体球的稳定性，能够在较低气压下运行；避免出现等离子体球上移的现象。
附图说明
图1是本实用新型微波等离子体反应器结构示意图
图中：1微波发生器、2三销钉调配器、3模式转换天线、4挡板活塞、5耦合转换腔、6顶板、7进气口、8上腔壁、9下腔壁、10观察窗、11出气口、12等离子体球、13升降沉积台、14基板。
具体实施方式
为使本领域技术人员进一步理解本实用新型的内容，下面将结合本实用新型的具体实施方式和附图对本技术方案做进一步说明，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的内容。
一种用于金刚石合成的微波等离子体反应器，包括产生频率f的微波的微波发生器，将从微波发生器产生的微波传输至等反应腔室的微波耦合器，微波耦合器由模式转换天线、挡板活塞、耦合转换腔组成。等离子体反应器还包括用于进行金刚石沉积的反应腔室，所述反应腔室包括腔壁、顶板和基部，腔壁包括上腔壁和下腔壁，所述上腔壁与顶板有一定角度θ，上腔壁与顶板间角度θ范围为120-180°；下腔壁垂直于基部；基部上设置有基板、出气口、升降沉积台。基板为第一升降器。
升降沉积台上设置有用于升降沉积台升降的第二升降器；第一升降器和第二升降器独立运行。第一升降器和第二升降器均有单独的伺服电机驱动升降，第一升降器与第二升降器的升降功能的实现为现有技术，在此不作赘述。
第一升降器升降高度范围为0-15mm，第二升降器的升降高度范围为0-5mm。
实施例1：
一种用于金刚石合成的微波等离子体反应器，包括：微波发生器，所述微波发生器产生频率为2.45GHz的微波，微波耦合器，所述微波耦合器将从微波发生器产生的微波传输至等反应腔室；反应腔室，所述反应腔室包括腔壁、顶板和基部，腔壁包括上腔壁和下腔壁，所述上腔壁与顶板间有一定角度，下腔壁垂直于基部；反应腔室基部由基板、出气口、升降沉积台组成；气体流动系统，所述气体流动系统中反应气体从上腔壁的进气口流入反应腔室，由基部出气口流出。
优选地，所述的微波耦合器包括波导管、模式转换天线、挡板活塞和耦合转换腔；所述顶板为石英板；所述基板为第一升降器，升降沉积台为第二升降器；且第一升降器和第二升降器能够独立运行。
优选地，所述模式转换天线和耦合转换腔内设有可循环的冷却介质；所述侧壁和升降沉积台内设有可循环的冷却介质；
优选地，所述上腔壁与顶板间角度θ呈180°时，用于金刚石沉积的气压(单位：Pa)与功率(单位：W)数值比值为2:1；
优选地，为满足等离子体放电条件，需分别调节所述第一升降器和第二升降器的高度，第一升降器升降高度为0mm，第二升降器上升降高度为0mm；
本发明微波等离子体反应器通过以下步骤合成金刚石；
S1：对反应腔室进行抽真空；
S2；向反应腔室内通入氢气；
S3：打开微波发生器发出微波，反应腔室内产生等离子体球；
S4：调节第一升降器和第二升降器高度；
S5：调节功率和气压，通入甲烷，使气压与功率数值比值为2:1；
S6：维持比例，长时间持续生长金刚石。
实施例2：
本实施例与实施例1相同部分不作赘述，其不同之处在于：
优选地，所述上腔壁与顶板间角度θ呈150°时，用于金刚石沉积的气压(单位：Pa)与功率(单位：W)数值比值为3:1；
优选地，为满足等离子体放电条件，需分别调节所述第一升降器和第二升降器的高度，第一升降器升降高度为5mm，第二升降器上升高度为2mm；
本发明微波等离子体反应器通过以下步骤合成金刚石；
S1：对反应腔室进行抽真空；
S2；向反应腔室内通入氢气；
S3：打开微波发生器发出微波，反应腔室内产生等离子体球；
S4：调节第一升降器和第二升降器高度；
S5：调节功率和气压，通入甲烷，使气压与功率数值比值为3:1；
S6：维持比例，长时间持续生长金刚石。
实施例3：
本实施例与上述实施例相同部分不作赘述，其不同之处在于：
优选地，所述上腔壁与顶板间角度θ呈145°时，用于金刚石沉积的气压(单位：Pa)与功率(单位：W)数值比值为2.5:1；
优选地，为满足等离子体放电条件，需分别调节所述第一升降器和第二升降器的高度，第一升降器升降高度为8mm，第二升降器上升高度为3mm；
本发明微波等离子体反应器通过以下步骤合成金刚石；
S1：对反应腔室进行抽真空；
S2；向反应腔室内通入氢气；
S3：打开微波发生器发出微波，反应腔室内产生等离子体球；
S4：调节第一升降器和第二升降器高度；
S5：调节功率和气压，通入甲烷，使气压与功率数值比值为2.5:1；
S6：维持比例，长时间持续生长金刚石。
实施例4：
本实施例与上述实施例相同部分不作赘述，其不同之处在于：
优选地，所述上腔壁与顶板间角度θ呈120°时，用于金刚石沉积的气压(单位：Pa)与功率(单位：W)数值比值为2.2:1；
优选地，为满足等离子体放电条件，需分别调节所述第一升降器和第二升降器的高度，第一升降器升降高度为10mm，第二升降器上升高度为4mm；
本发明微波等离子体反应器通过以下步骤合成金刚石；
S1：对反应腔室进行抽真空；
S2；向反应腔室内通入氢气；
S3：打开微波发生器发出微波，反应腔室内产生等离子体球；
S4：调节第一升降器和第二升降器高度；
S5：调节功率和气压，通入甲烷，使气压与功率数值比值为2.2:1；
S6：维持比例，长时间持续生长金刚石。
上述实施例只是为了说明本实用新型的结构构思和特点，其目的在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限定本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所做出的等效变化或修饰，都应该涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于金刚石合成的微波等离子体反应器，包括产生频率f的微波的微波发生器，将从微波发生器产生的微波传输至反应腔室的微波耦合器，用于进行金刚石沉积的反应腔室，其特征在于：所述反应腔室包括腔壁、顶板和基部，所述腔壁包括上腔壁、下腔壁，所述上腔壁与顶板有一定角度θ，下腔壁垂直于基部；基部上设置有基板、出气口、升降沉积台，所述基板为第一升降器。
2.根据权利要求1所述的用于金刚石合成的微波等离子体反应器，其特征是：升降沉积台上设置有用于升降沉积台升降的第二升降器；第一升降器和第二升降器独立运行。
3.根据权利要求1所述的用于金刚石合成的微波等离子体反应器，其特征是：所述上腔壁与顶板间角度θ范围为120-180°。
4.根据权利要求2所述的用于金刚石合成的微波等离子体反应器，其特征是：所述第一升降器升降高度范围为0-15mm，第二升降器的升降高度范围为0-5mm。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202121396407.2U CN215404507U (zh) | 2021-06-23 | 2021-06-23 | 一种用于金刚石合成的微波等离子体反应器 |
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| CN202121396407.2U CN215404507U (zh) | 2021-06-23 | 2021-06-23 | 一种用于金刚石合成的微波等离子体反应器 |
Publications (1)
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ID=79642077
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| CN202121396407.2U Active CN215404507U (zh) | 2021-06-23 | 2021-06-23 | 一种用于金刚石合成的微波等离子体反应器 |
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| CN (1) | CN215404507U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114540790A (zh) * | 2022-01-28 | 2022-05-27 | 徐州景澜新材料科技有限公司 | Mpcvd法单晶金刚石制造装置及其制造方法 |
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2021
- 2021-06-23 CN CN202121396407.2U patent/CN215404507U/zh active Active
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| CN114540790A (zh) * | 2022-01-28 | 2022-05-27 | 徐州景澜新材料科技有限公司 | Mpcvd法单晶金刚石制造装置及其制造方法 |
| CN114540790B (zh) * | 2022-01-28 | 2023-08-01 | 徐州景澜新材料科技有限公司 | Mpcvd法单晶金刚石制造装置及其制造方法 |
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