CN219689816U - 一种无内壁沉积的等离子体射流装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种无内壁沉积的等离子体射流装置，与电源系统以及气路系统相连，其特征在于，所述等离子体射流装置包括射流外管，射流外管上设有气路接口一以及气路接口二，射流外管内设有中空的金属内电极，金属内电极的顶端设有气路接口三；气路接口一、气路接口二及气路接口三连接气路系统；射流外管的底部外套设有环状外电极，环状外电极与电源系统相连。本实用新型通过分散装置将反应性单体引出射流装置，利用等离子体产生的后辉光区部分进行裂解，有效地避免了单体反应后对射流装置内壁的沉积作用。本实用新型提供的射流装置不会随着放电时间的增加，放电的特性发生变化，有利于稳定沉积薄膜的厚度、成分等。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种无内壁沉积的等离子体射流发射装置，属于等离子体射流沉积薄膜技术领域。
背景技术
等离子体射流广泛地应用于材料表面改性、薄膜沉积等领域。等离子体射流是由高压击穿放电气体形成，通过控制气体流速将部分等离子体吹出射流装置形成后辉光区。后辉光区仍然包含大量电子及活性粒子，可以用于材料的改性。通过采用载气或直接添加反应性单体，可以在等离子体中沉积薄膜。但由于常规的形式采用将单体和放电气体混合通入，会造成在射流装置内部等离子体区域的沉积，改变其介电常数，甚至堵塞出气口，很难适用于长时间的沉积需求。
公开号为CN 114615784 A的发明专利申请公开的一种改进方式是通过在内管中加入气流，通过微孔引出，降低其在器壁上的沉积，但是此种方法并不能完全避免器壁沉积。另一种改进方式是将单体通过单独的微管在外部引入等离子体射流的后辉光区，进行裂解和沉积。此种方法的弊端是微管阻挡部分后辉光区等离子体，且微管的位置和角度对沉积薄膜影响较大，需要繁琐的调整，寻找合适的位置和角度。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是：现有的射流内壁容易沉积薄膜。
为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供了一种无内壁沉积的等离子体射流装置，与电源系统以及用于提供放电气体、氧化性气体以及载有反应性单体的载气的气路系统相连，其特征在于，所述等离子体射流装置包括射流外管，射流外管上设有气路接口一以及气路接口二，射流外管的底面设有等离子体出气口；射流外管内设有中空的金属内电极，金属内电极的顶端设有气路接口三；气路系统提供的放电气体以及氧化性气体通过气路接口一以及气路接口二通入射流外管与金属内电极之间的空间；气路系统提供的载有反应性单体的载气通过气路接口三通入金属内电极内；射流外管顶部与金属内电极之间通过密封塞密封；金属内电极的底部外套设有与其相连通的散气装置，作为放电介质的散气装置的底部露于射流外管外，且在散气装置露于射流外管外的部分上沿周向设有多个水平出气口，通入金属内电极的载有反应性单体的载气流入散气装置后，仅通过水平出气口流出散气装置；射流外管的底部外套设有环状外电极，环状外电极同时位于散气装置外侧，金属内电极、散气装置、射流外管以及环状外电极同轴布置，环状外电极与电源系统相连，在环状外电极与金属内电极之间形成等离子体产生区域，该等离子体产生区域被散气装置完全覆盖且与等离子体出气口相连通。
优选地，所述气路系统包括放电气体气源、氧化性气体气源以及载气气源，放电气体气源连接放电气体气路，氧化性气体气源连接氧化性气体气路，放电气体气路与氧化性气体气路汇合后分别连接所述等离子体射流装置的气路接口一以及气路接口二；在放电气体气路上设有质量流量计一，在氧化性气体气路上设有质量流量计二；载气气源经由载气气路连接等离子体射流装置的气路接口三，沿载气的流动方向，在载气气路上依次设有质量流量计三以及放置有反应性单体的恒温水浴装置。
优选地，所述恒温水浴装置包括装有反应性单体的鼓泡器以及温度可调的恒温水浴锅，鼓泡器连接在所述载气气路上且放置于恒温水浴锅内。
优选地，所述电源系统包括频率为1～500kHz的高压交流电源或者包括频率为1～100MHz的射频电源。
优选地，所述射流外管的内径大小为5～30mm。
优选地，所述散气装置包括顶面开口、底面封闭的管体，所述金属内电极的底部通过散气装置的顶面开口伸入管体内；管体的底部沿周向设有一圈所述水平出气口。
优选地，所述管体的厚度为0.5～2mm。
优选地，所述水平出气口与所述等离子体出气口之间的距离不大于20mm。
优选地，所述水平出气口为圆形或长条形。
本实用新型通过分散装置将反应性单体引出射流装置，利用等离子体产生的后辉光区部分进行裂解，有效地避免了单体反应后对射流装置内壁的沉积作用。本实用新型提供的射流装置不会随着放电时间的增加，放电的特性发生变化，有利于稳定沉积薄膜的厚度、成分等。
附图说明
图1为本实用新型公开的装置示意图；
图2为等离子体射流装置的剖视图；
图3A及图3B为本实用新型中的气体分散装置的结构图，其中，图3A为正视图，图3B为剖面视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本实用新型所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示，本实施例包括了电源系统12、气路系统及设计的无内壁沉积的等离子体射流装置。
结合图2，无内壁沉积的等离子体射流装置包括两端开口的射流外管3，射流外管3的内径大小为5～30mm，材料可以选择为陶瓷、石英或聚四氟乙烯。射流外管3上设有两个气路接口，分别定义为气路接口一以及气路接口二。射流外管3的底面开口为等离子体出气口。射流外管3内设有中空的金属内电极1，金属内电极1的顶端露于射流外管3外，金属内电极1的顶端设有气路接口三。射流外管3顶部与金属内电极1之间通过密封塞2密封，并通过密封塞2将金属内电极1固定在射流外管3内。气路接口一及气路接口二和射流外管3与金属内电极1之间的空间相连通。金属内电极1的底部外套设有散气装置4，散气装置4的底部露于射流外管3外。射流外管3的底部外套设有环状外电极5。金属内电极1、散气装置4、射流外管3、环状外电极5同轴布置。环状外电极5为高压电极，金属内电极1为接地电极。
放电气体以及氧化性气体通过气路接口一及气路接口二通入射流外管3与金属内电极1之间的空间，载有反应性单体的载气则通入金属内电极1内侧。通入金属内电极1内侧的载气流入散气装置4内，散气装置4作为放电介质，同时用于将载有反应性单体的载气的气流方向从竖直方向转变为水平方向。散气装置4可选用陶瓷、石英、聚四氟乙烯制作，厚度为0.5～2mm。
如图3A及图3B所示，散气装置4包括顶面开口、底面封闭的管体4-1，金属内电极1的底部通过散气装置4的顶面开口伸入管体4-1内，使得散气装置4作为放电介质将金属内电极1部分覆盖，且覆盖部分大于等离子体产生区域。散气装置4的底部沿周向设有一圈水平出气口4-2，水平出气口4-2露于射流外管3外，且与等离子体出气口之间的距离不大于20mm。水平出气口4-2可以是圆形，或者长条形。通过金属内电极1通入散气装置4的载有反应性单体的载气在散气装置4的底部通过多个水平出气口4-2进行分散。
气路系统包括一路放电气体气源9、一路氧化性气体气源10以及一路载气气源11(通过载气将反应性单体载入)，本实施例中，利用氦气、氦气、或者氩气和氦气的混合气体(氩气和氦气按照1～100％任意比例混合)作为放电气体，利用二氧化碳或氧气作为氧化性气体，利用氦气作为载气。放电气体气源9连接放电气体气路，氧化性气体气源10连接氧化性气体气路，放电气体气路与氧化性气体气路汇合后分别连接等离子体射流装置的气路接口一以及气路接口二。在放电气体气路上设有质量流量计一6，在氧化性气体气路上设有质量流量计二7。载气气源11经由载气气路连接等离子体射流装置的气路接口三，沿载气的流动方向，在载气气路上依次设有质量流量计三8以及放置有反应性单体的恒温水浴装置，通过恒温水浴装置可对温度进行调节。恒温水浴装置包括装有反应性单体的鼓泡器13以及温度可调的恒温水浴锅14，本实施例中，反应性单体为六甲基二硅氧烷(HMDSO)，鼓泡器13连接在载气气路上且放置于恒温水浴锅14内，本实施例中，水浴温度设置为30℃。
气路系统采用质量流量计一6、质量流量计二7以及质量流量计三8进行气流调节，本实施例中，将流量比例调节为Ar:O2:Ar(HMDSO)＝1000:50:50(sccm)。
电源系统12采用频率为1～500kHz的高压交流电源或者频率为1～100MHz的射频电源。本实施例中，电源系统12采用10kHz高压交流电源，放电电压峰峰值为17kV、放电电流峰峰值为0.12mA。将电源系统12接在环状外电极5上，通过高压将放电气体和氧化性气体击穿产生无沉积性的等离子体，从而形成等离子体产生区域，等离子体从等离子体出气口处喷出，形成后辉光区。从水平出气口4-2流出的载有反应性单体的载气流入后辉光区后，通过后辉光区对反应性单体进行裂解，产生具有沉积性的化学物质。本实施例中，将等离子体射流装置放置在基片(图中未示意)上方0～20mm的位置，能够在基片上沉积出薄膜材料，本实施例中为二氧化硅涂层。
Claims (9)
1.一种无内壁沉积的等离子体射流装置，与电源系统以及用于提供放电气体、氧化性气体以及载有反应性单体的载气的气路系统相连，其特征在于，所述等离子体射流装置包括射流外管，射流外管上设有气路接口一以及气路接口二，射流外管的底面设有等离子体出气口；射流外管内设有中空的金属内电极，金属内电极的顶端设有气路接口三；气路系统提供的放电气体以及氧化性气体通过气路接口一以及气路接口二通入射流外管与金属内电极之间的空间；气路系统提供的载有反应性单体的载气通过气路接口三通入金属内电极内；射流外管顶部与金属内电极之间通过密封塞密封；金属内电极的底部外套设有与其相连通的散气装置，作为放电介质的散气装置的底部露于射流外管外，且在散气装置露于射流外管外的部分上沿周向设有多个水平出气口，通入金属内电极的载有反应性单体的载气流入散气装置后，仅通过水平出气口流出散气装置；射流外管的底部外套设有环状外电极，环状外电极同时位于散气装置外侧，金属内电极、散气装置、射流外管以及环状外电极同轴布置，环状外电极与电源系统相连，在环状外电极与金属内电极之间形成等离子体产生区域，该等离子体产生区域被散气装置完全覆盖且与等离子体出气口相连通。
2.如权利要求1所述的一种无内壁沉积的等离子体射流装置，其特征在于，所述气路系统包括放电气体气源、氧化性气体气源以及载气气源，放电气体气源连接放电气体气路，氧化性气体气源连接氧化性气体气路，放电气体气路与氧化性气体气路汇合后分别连接所述等离子体射流装置的气路接口一以及气路接口二；在放电气体气路上设有质量流量计一，在氧化性气体气路上设有质量流量计二；载气气源经由载气气路连接等离子体射流装置的气路接口三，沿载气的流动方向，在载气气路上依次设有质量流量计三以及放置有反应性单体的恒温水浴装置。
3.如权利要求2所述的一种无内壁沉积的等离子体射流装置，其特征在于，所述恒温水浴装置包括装有反应性单体的鼓泡器以及温度可调的恒温水浴锅，鼓泡器连接在所述载气气路上且放置于恒温水浴锅内。
4.如权利要求1所述的一种无内壁沉积的等离子体射流装置，其特征在于，所述电源系统包括频率为1～500kHz的高压交流电源或者包括频率为1～100MHz的射频电源。
5.如权利要求1所述的一种无内壁沉积的等离子体射流装置，其特征在于，所述射流外管的内径大小为5～30mm。
6.如权利要求1所述的一种无内壁沉积的等离子体射流装置，其特征在于，所述散气装置包括顶面开口、底面封闭的管体，所述金属内电极的底部通过散气装置的顶面开口伸入管体内；管体的底部沿周向设有一圈所述水平出气口。
7.如权利要求6所述的一种无内壁沉积的等离子体射流装置，其特征在于，所述管体的厚度为0.5～2mm。
8.如权利要求1所述的一种无内壁沉积的等离子体射流装置，其特征在于，所述水平出气口与所述等离子体出气口之间的距离不大于20mm。
9.如权利要求1所述的一种无内壁沉积的等离子体射流装置，其特征在于，所述水平出气口为圆形或长条形。
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