[發明專利]一種大氣壓直流弧放電等離子體發生裝置

無效

• 申請號: 201210317577.6
• 申請日: 2010-05-13
• 公開（公告）號: CN102833936A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 呂曉丹;芶富均
• 申請（專利權）人: 貴州翔明科技有限責任公司
• 主分類號: H05H1/28
• 分類號: H05H1/28
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 劉楠

技術領域

本發明涉及一種大氣壓直流弧放電等離子體發生裝置，屬于直流弧放電等離子體技術領域。

背景技術

目前，PECVD（等離子體增強化學氣相沉積)技術已經廣泛用于等離子體刻蝕和氫化非晶硅等薄膜的沉積等領域。近年來,?隨著PECVD沉積技術的迅猛發展，對等離子體源束流品質的要求也越來越高,特別是對低能和高密度的要求,?因為低能高密度不僅可以提高薄膜沉積率,?而且可以降低等離子體中離子轟擊對薄膜造成的損傷的要求，從而提高PECVD技術的使用效率和經濟效益。在該技術裝置中，關鍵技術是等離子體發生器。目前廣泛使用的是射頻等離子體源。這種射頻等離子體源的基本原理是通過高頻輝光放電的方法使氣體電離從而產生等離子體。其電流源的頻率通常是幾百KHZ到幾MHZ，最常用的頻率是13.56MHZ。射頻感應等離子體源是通過繞在石英玻璃管或者坐落在石英窗頂部的電流線圈來加熱產生等離子體。射頻容性耦合等離子體源是通過比配器把射頻電壓加到兩塊平行平板電極進行放電來產生等離子體。但是這些單源射頻等離子體源不能對等離子體密度（決定薄膜沉積速率）和轟擊到基片上離子角度分布和能量（影響薄膜質量）進行獨立的控制。在現有技術中，為了提高等離子體密度，必須增加射頻電源的電壓，然而這樣做會造成鞘層電勢和轟擊到基片上離子的能量也將隨之增加，而高能量的離子的轟擊將導致沉積薄膜的濺射和薄膜的損傷。因此，現有的等離子體發生器的使用效果還是不夠理想。

發明內容

本發明的目的是：提供一種既能降低產生等離子體的功率、同時又能保證產生高密度等離子體、并且能保證電源能量轉換率高、操作和維護方便、使用壽命長、設備簡單的大氣壓直流弧放電等離子體發生裝置，以克服現有技術的不足。

本發明是這樣實現的：本發明的一種大氣壓直流弧放電等離子體發生裝置，包括放電腔室，在放電腔室的上方設有LaB6陰極和鎢陰極，在放電腔室的頂部、LaB6陰極與鎢陰極之間設有與工作氣體源連接的氣體源接口，在放電腔室的底部設有絕緣層，在絕緣層下設有水冷板，在水冷板的下方設有安裝有陽極噴嘴的陽極，在LaB6陰極、鎢陰極和陽極上設有與直流電源連接的接頭，在絕緣層和水冷板中設有能使陽極與放電腔室相同的通道。

在上述放電腔室上固定有設有進出水口的陰極冷卻套，并且LaB6陰極和鎢陰極分別安裝在陰極冷卻套中。

在上述放電室上還設有進水口和出水口，并且在放電室內設有與進水口和出水口相連通的冷卻水管。

在上述陽極上設有冷卻水循環通道。

前述通道的直徑為3～8毫米。

上述通道的直徑最好為4.5毫米。?

由于采用了上述技術方案，本發明的直流弧放電等離子體源是利用直流弧放電使氣體電離而產生等離子體。其基本原理是工作氣體進入等離子體源放電室，熱陰極發射電子，在陰極附近形成電子云。在陰極鞘層電場加速下轟擊氣體原子引起電離，形成等離子體電弧放電。與單源射頻等離子體相比，具有等離子體密度和離子能量可以獨立控制、等離子體密度、電子和離子溫度高、等離子體分布均勻等優點。本發明通過在其中一個陰極使用LaB6和一個鎢電極材料，其中的鎢陰極有兩個作用，一是產生電子，二是可以加熱LaB6陰極到1500K以上。鎢陰極和LaB6陰極產生大量的電子，這些陰極電子在鞘層電場加速下獲得能量與氣體發生碰撞從而電離、激發氣體產生等離子體，繼而使等離子體通過一個多級懸浮的直徑為4.5毫米的通道到達陽極。本發明與傳統的單純鎢陰極相比，本發明的復合陰極可以降低消耗功率50%以上，并且可以延長陰極的壽命。此外，本發明通過使用LaB6的方法，在降低產生等離子體功率的同時又保證能有效地得到高密度等離子體。本發明所提供的復合式陰極能通過冷卻水對其進行有效的冷卻。所以，本發明與現有技術相比，本發明不僅具有既能降低產生等離子體的功率、同時又能保證產生高密度等離子體的優點，而且還具有電源能量轉換率高、操作和維護都方便、使用壽命長等優點。本發明特別適合進行快速薄膜沉積使用。?

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

附圖標號說明：1-通道，2-LaB6陰極，3-氣體源接口，4-鎢陰極，5-放電腔室，6-冷卻水管，7-絕緣層，8-水冷板，9-陽極，10-陽極噴嘴，11-進出水口，12-陰極冷卻套，13-進水口，14-出水口，15-冷卻水循環通道。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說。