CN219930241U - 一种化学气相沉积系统的布丝结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种化学气相沉积系统的布丝结构，涉及热丝化学气相沉积制备掺硼金刚石膜技术领域；一种化学气相沉积系统的布丝结构，包括：铜柱；挂丝支架；热丝弹簧架；热丝，其一端挂设于第一挂孔，经过左钼电极上的钼棒弧形槽、右钼电极上的钼棒弧形槽后，穿过绝热重锤与所述弹簧另一端相连，使得热丝与钼棒弧形槽紧密接触；该布丝结构拉丝能够保证热丝平面的水平拉直且不易断裂；同时该布丝结构通过绝热重锤恒定重力和弹簧逐渐变小的弹性力补偿热丝高温变形，且补偿量大，补偿力与热丝变形状态自适应，绝热重锤隔热，从而降低弹簧工作温度避免高温塑性变形失效，提高布丝结构工作的可靠性和稳定性。

Description

一种化学气相沉积系统的布丝结构

技术领域

本实用新型涉及热丝化学气相沉积(HFCVD)制备掺硼金刚石膜(BDD)技术领域，具体涉及一种化学气相沉积系统的布丝结构。

背景技术

作为常用于BDD电极的制备的HFCVD法，相较于其他CVD法，通常有着设备简单、工艺条件易控制、成膜过程易控制、操作方便、工艺成熟、成本低等优点，因此在全世界的金刚石膜研究中得到了的应用。但是，在制备过程中存在许多能否成功制备BDD电极的关键因素，比如，在传统热丝系统中，钽丝受热伸长导致变弯下垂；高温传导至弹簧，进而对弹簧造成不可逆的损伤并影响拉丝的力度等，这些都会影响BDD电极制备的质量。

中国专利申请200610039088.3公开了一种金刚石膜生长设备的热丝及电极结构：其中包括热丝架、一个固定电极、一个移动电极、热丝；单根热丝绕在固定电极与移动电极的电极柱上形成热丝阵列。虽然该方案能够保证热丝始终处于平直状态，并且可能会增加能量利用率，但是可能存在下述缺陷：由于采用单根热丝，在设备运行过程中，由于热丝温度很高，热丝与导电柱接触点的润滑性不足时，很可能造成热丝局部无法拉直，从而导致整个热丝架的拉直无法实现。

中国专利申请201210138893.7公开了一种改进的热丝系统：包括两个固定电极、一个弹簧架和若干根独立热丝，每根热丝一端固定在电极上，另一端通过弹簧拉直，弹簧架与水平面呈三十度角。该措施虽然可以保证热丝始终处于平行拉直状态，但如果在高温条件下，越到后期越无法保证变形量不同的热丝完全拉直且不断裂。

美国专利US5997650公开了一种方案：热丝架采用一个固定电极和一个活动电极，活动电极通过弹簧连接。随着灯丝受热变长，弹簧拉动电极进行补偿，但可能会存在一些缺陷。比如在长时间的设备运行过程中，活动电极与导线连接处的冷却无法得到有效疏散的话，活动电极的滑动将受阻，使得热丝变形后无法得到及时的拉升，从而造成热丝下坠，影响了沉积过程稳定的受热环境。

由于传统的热丝水平布置方法会在受热过程中使热丝伸长变送，无法保证均匀稳定的沉积热环境，因此BDD电极的制备受到极大限制。

发明内容

本实用新型提供了一种操作简便，稳定可靠，可大幅减少弹簧损耗并适用于BDD电极制备的热丝系统改进方法。该实用新型可克服现有技术中存在问题，可显著延长弹簧寿命和提高热丝利用率，进而提高BDD电极制备效率和减少更换弹簧次数，具有广阔的应用前景。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种化学气相沉积系统的布丝结构，包括：

铜柱，所述铜柱垂直设置并且其上端面的连线呈矩形，所述矩形的一边的上端面架设有左钼电极，在矩形相对的另一边的上端面架设有右钼电极；所述左钼电极与所述右钼电极在同一水平位置分别对应设有等间距的钼棒弧形槽；

挂丝支架，其与所述左钼电极平行，所述挂丝支架横向设于所述左钼电极下方的两根所述铜柱之间；所述挂丝支架上设有第一挂孔；

热丝弹簧架，其间隔竖直设置于所述右钼电极下方的所述铜柱外侧，所述热丝弹簧架与所述右钼电极平行，所述热丝弹簧架在垂直方向上的高度低于所述铜柱；所述热丝弹簧架上设有第二挂孔；还设置有弹簧，所述弹簧的一端通过所述第二挂孔与所述热丝弹簧架垂直相连，所述所述弹簧的一端连接有绝热重锤；

热丝，其一端挂设于所述第一挂孔，经过左钼电极上的钼棒弧形槽、右钼电极上的钼棒弧形槽后，穿过所述绝热重锤与所述弹簧另一端相连，使得所述热丝与所述钼棒弧形槽紧密接触。

作为优选的技术方案，所述第一挂孔、所述第二挂孔与所述钼棒弧形槽呈同一水平且一一对应。

作为优选的技术方案，所述热丝为钽丝。所述热丝材质为钽，依据沉积样品尺寸需要须剪成长度相等的若干段；热丝弹簧架两端分别与铜柱的下边片通过螺钉连接。钽丝贯穿于绝热重锤后钩挂于弹簧且在实验开始前，保证钽丝平直紧绷悬于样品上方。

作为优选的技术方案，所述挂丝支架、左钼电极、右钼电极分别与所述铜柱固定连接。

作为进一步优选的技术方案，所述挂丝支架、左钼电极、右钼电极和四个铜柱通过四方螺母拧紧进行固定连接。

本实用新型的布丝结构在使用时，轻微用带酒精的无尘纸擦拭钽丝，随后放入事先经过处理的样品于基台上，即可关闭反应腔室进行BDD电极沉积实验。

所述热丝化学气相沉积系统，在设备工作时，其中弹簧垂直挂钩于热丝弹簧支架的第二挂孔，钽丝穿过绝热重锤并与垂直方向弹簧相钩挂，使得钽丝紧密与钼棒弧形槽接触，并且在高温环境中，呈现出拉丝效果好且不易断丝，同时丝和弹簧间的绝热重锤可起到一定程度的隔热作用，进而保护了弹簧，通过弹簧弹力的补偿量，使得高温条件下的钽丝变形得到补偿。

本实用新型通过绝热重锤和弹簧对钽丝的作用使得热丝始终处于拉伸状态，既有效保护了弹簧，又高效保证了HFCVD系统均匀稳定的沉积热环境，对于开发出简单有效的改进手段对HFCVD 法制备大面积BDD电极具有重要意义。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

（1）在本实用新型中，钽丝穿过重锤并与垂直方向弹簧相钩挂，使得钽丝紧密与钼棒弧形槽接触，在高温环境中呈现出拉丝效果好且不易断丝，同时丝和弹簧间的绝热重锤可起到一定程度的隔热作用，进而保护了弹簧，可以快速通过弹簧的弹力补偿钽丝的变形，能有效保证BDD电极制备过程中热丝平面的水平拉直且不断裂状态，能有效延长弹簧寿命，同时高效保证了HFCVD系统均匀稳定的沉积热环境；

（2）在本实用新型中，左钼电极和右钼电极上设有等间距的钼棒弧形槽，保证了沉积过程中基底均匀受热；在弹簧对热丝施加伸张力的同时，通过绝热重锤的设置来使热丝在钼棒弧形槽内紧密接触并使其处于持续伸张状态，可使热丝受热膨胀后只发生只在槽内滑动，避免热丝在沉积过程中出现分布不均和抖动。通过绝热重锤的设置，可有效减少弹簧损耗，还能节省空间，操作也较现有技术更为简单，比起传统布丝方法更具优势。

附图说明

图1本实用新型的一种化学气相沉积系统的布丝结构的俯视图；

图2为本实用新型一种化学气相沉积系统的布丝结构的侧视图；

图3为本实用新型一种化学气相沉积系统的布丝结构中绝热重锤的受力分析图。

附图标记：1、铜柱；2、左钼电极；3、右钼电极；4、钼棒弧形槽；5、挂丝支架；6、热丝弹簧架；7、弹簧；8、热丝；9、绝热重锤；10、四方螺母；11、基台；M、重锤自身重力；F、弹簧弹力；f、热丝拉力。

实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例

如图1-2所示的一种化学气相沉积系统的布丝结构，包括：

铜柱1，本实施例的铜柱1为四根，四根所述铜柱1垂直设置并且其上端面的连线呈矩形，所述矩形的一边的上端面架设有左钼电极2，在矩形相对的另一边的上端面架设有右钼电极3；所述左钼电极2与所述右钼电极3在同一水平位置分别对应设有等间距的钼棒弧形槽4；

挂丝支架5，其与所述左钼电极2平行，所述挂丝支架5横向设于所述左钼电极2下方的两根所述铜柱1之间；所述挂丝支架5上设有第一挂孔；

热丝弹簧架6，其间隔竖直设置于所述右钼电极3下方的所述铜柱1外侧，所述热丝弹簧架6与所述右钼电极3平行，所述热丝弹簧架6低于所述铜柱1；所述热丝弹簧架6上设有第二挂孔，弹簧7一端通过第二挂孔与所述热丝弹簧架6垂直相连；

热丝8，其一端挂设于所述第一挂孔，经过左钼电极2上的钼棒弧形槽4、右钼电极3上的钼棒弧形槽4后，穿过绝热重锤9与所述弹簧7另一端相连，使得所述热丝8与所述钼棒弧形槽4紧密接触。

在实施例中，在设备中先组装布丝结构，首先将挂丝支架5、左钼电极2、右钼电极3和四个铜柱1通过四方螺母10拧紧固定，并将事先准备好的热丝8按照一端挂设于挂丝支架5的所述第一挂孔（未示出），另一端通过钼棒弧形槽4再穿过绝热重锤9后与热丝弹簧架6上的弹簧7相钩连；热丝弹簧架6两端分别与右侧两铜柱的下边片通过螺钉连接；轻微用带酒精的无尘纸擦拭热丝8，布丝结构装配完成；随后放入事先经过处理的样品于基台11上，即可关闭反应腔室进行BDD电极沉积实验。

热丝8贯穿于绝热重锤9后钩挂于弹簧且在实验开始前，保证钽丝平直紧绷悬于样品上方。

弹簧7垂直钩挂于热丝弹簧架6，热丝8穿过绝热重锤9并与垂直方向弹簧7相钩挂，使得热丝8紧密与钼棒弧形槽4接触，并且在高温环境中，呈现出拉丝效果好且不易断丝，同时热丝8和弹簧7间的绝热重锤9可起到一定程度的隔热作用，进而保护了弹簧7，并且通过弹簧7弹力的补偿量，使得高温条件下的热丝8变形得到补偿，可有效减少弹簧7损耗，延长了弹簧7的寿命。通过绝热重锤9的添加来使热丝8在钼棒弧形槽4内紧密接触并使其处于持续伸张状态，可使热丝8受热膨胀后只发生只在槽内滑动，避免热丝8在沉积过程中出现分布不均和抖动而影响沉积效果，提高了气相沉积效率；

本实施例中，所述第一挂孔、所述第二挂孔与所述钼棒弧形槽4呈同一水平且一一对应。采用钼棒弧形槽4设置，可使热丝8受热膨胀后只发生只在槽内滑动，避免热丝8在沉积过程中出现分布不均和抖动而影响沉积效果；

本实施例中，所述热丝8为钽丝，依据沉积样品尺寸需要须剪成长度相等的若干段；

本实施例中，所述挂丝支架5、左钼电极2、右钼电极3分别与所述铜柱1采用四方螺母10固定连接，采用这种方式，使得各个部件连接更稳固；

本实用新型的布丝结构操作简便、结构紧凑、稳定可靠。采用将热丝8一端挂设于所述第一挂孔，经过左钼电极2上的钼棒弧形槽4、右钼电极3上的钼棒弧形槽4后，穿过绝热重锤9与所述弹簧7一端相连，弹簧7另一端通过第二挂孔与所述热丝弹簧架6垂直相连；使得所述热丝8与所述钼棒弧形槽4紧密接触。这样拉丝不仅能够保证热丝8平面的水平拉直且不易断裂，同时安放固定简便，还能节省空间并能减少弹簧7损耗、提高其工作可靠性和稳定性。通过绝热重锤9恒定重力和弹簧7逐渐变小的弹性力补偿热丝高温变形，且补偿量大，补偿力与热丝8变形状态自适应，拉丝效果好不易断丝，同时丝和弹簧间的绝热重锤9可起到一定程度的隔热作用，从而降低弹簧工作温度避免高温塑性变形失效，提高布丝机构工作的可靠性和稳定性。

图3为绝热重锤9的结构图，该重锤采用氧化锆陶瓷材料，底部圆弧、主体圆柱形结构。重锤自身重力M使得热丝8与钼棒弧形槽4紧密接触、确保电流通过充分加热热丝8；重锤同时受到弹簧7的弹力F和热丝拉力f，三力平衡情况下能够保证热丝8平面水平拉直的情况下且不易断裂，同时安放固定简便，还能节省空间并能减少弹簧7损耗、提高其工作可靠性和稳定性。

Claims (5)

1.一种化学气相沉积系统的布丝结构，其特征在于，包括：

铜柱（1），所述铜柱（1）垂直设置并且其上端面的连线呈矩形，所述矩形的一边的上端面架设有左钼电极（2），在矩形相对的另一边的上端面架设有右钼电极（3）；所述左钼电极（2）与所述右钼电极（3）在同一水平位置分别对应设有等间距的钼棒弧形槽（4）；

挂丝支架（5），其与所述左钼电极（2）平行，所述挂丝支架（5）横向设于所述左钼电极（2）下方的两根所述铜柱（1）之间；所述挂丝支架（5）上设有第一挂孔；

热丝弹簧架（6），其间隔竖直设置于所述右钼电极（3）下方的所述铜柱（1）外侧，所述热丝弹簧架（6）与所述右钼电极（3）平行，所述热丝弹簧架（6）在垂直方向上的高度低于所述铜柱（1）；所述热丝弹簧架（6）上设有第二挂孔；还设置有弹簧（7），所述弹簧（7）的一端通过所述第二挂孔与所述热丝弹簧架（6）垂直相连，所述弹簧（7）的一端连接有绝热重锤（9）；

热丝（8），其一端挂设于所述第一挂孔，经过左钼电极（2）上的钼棒弧形槽（4）、右钼电极（3）上的钼棒弧形槽（4）后，穿过所述绝热重锤（9）与所述弹簧（7）另一端相连，使得所述热丝（8）与所述钼棒弧形槽（4）紧密接触。

2.如权利要求1所述的一种化学气相沉积系统的布丝结构，其特征在于，所述第一挂孔、所述第二挂孔与所述钼棒弧形槽（4）呈同一水平且一一对应。

3.如权利要求1所述的一种化学气相沉积系统的布丝结构，其特征在于，所述热丝（8）为钽丝。

4.如权利要求1所述的一种化学气相沉积系统的布丝结构，其特征在于，所述挂丝支架（5）、左钼电极（2）、右钼电极（3）分别与所述铜柱（1）固定连接。

5.如权利要求4所述的一种化学气相沉积系统的布丝结构，其特征在于，所述固定连接为通过四方螺母（10）固定连接。