[發明專利]大體積微波等離子體制備類金剛石薄膜的裝置

無效

• 申請號: 201310754676.5
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103726032A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 熊禮威;崔曉慧;汪建華;翁俊;龔國華
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: C23C16/517
• 分類號: C23C16/517;C23C16/511;C23C16/513;C23C16/26
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術領域

本發明涉及微波等離子體技術領域，更具體地說，涉及一種大體積微波等離子體制備類金剛石薄膜的裝置。

背景技術

微波等離子體技術是近年來發展起來的一項新技術，其在很多方面都有很好的應用，如微波等離子體刻蝕、微波等離子體表面改性以及微波等離子體化學氣相沉積等。微波等離子體化學氣相沉積技術主要用于制備各種新材料，如金剛石薄膜、納米碳管等，是目前比較實用的一種薄膜制備方法。

類金剛石薄膜具有及其優異的光學性能，比如具有良好的光學透明度、寬的光學帶隙，其折射率的大致范圍為1.8～2.5，光學帶隙的范圍為0.8eV～4.1eV，特別是在紅外和微波頻段的透過性和光學折射率都很高。類金剛石膜從紅光到紫外光很寬的光譜范圍內具有很高的透射比，可以將類金剛石膜沉積在鍺光學鏡片上和硅太陽能電池上作為減反射膜和保護層，在紅外光學透鏡上鍍制類金剛石膜可以起到增透和保護作用，也可鍍在航天器或其它光學儀器上作窗口。

目前類金剛石薄膜的制備方法有電化學法、物理氣相沉積法和化學氣相沉積法，其中工業上多采用物理氣相沉積法，但該方法對裝置的要求很高，并且目前一次只能沉積很少數量的薄膜，還沒有很好的方法來提高薄膜的制備效率。化學氣相沉積法是一種很好的薄膜制備技術，能夠更好地實現類金剛石薄膜的產業化。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，提供一種大體積微波等離子體制備類金剛石薄膜的裝置。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種大體積微波等離子體制備類金剛石薄膜的裝置，包括諧振腔、石英管反應腔、多個微波源和多個微波輸入系統，所述微波源產生的微波通過所述微波輸送系統送入所述諧振腔內，所述石英管反應腔位于所述諧振腔內，所述諧振腔為空心五棱柱，空心五棱柱的五個面分別對應不同的微波源和微波輸入系統。

上述方案中，所述石英管反應腔的一端設有反應氣體輸入口，另一端設有真空抽氣接口。

上述方案中，所述反應氣體輸入口與氣體流量計連接。

上述方案中，所述真空抽氣接口與真空泵和真空測量連接。

上述方案中，所述石英管反應腔上設有觀察窗。

上述方案中，所述石英管反應腔內設有基片架。

實施本發明的大體積微波等離子體制備類金剛石薄膜的裝置，具有以下有益效果：

微波源產生的高穩定度微波通過微波輸入系統從不同區域輸入到等離子體諧振腔，在諧振腔中發生電磁場的反射和疊加，在微波等離子體反應腔中激發反應氣體產生大體積均勻等離子體，反應腔內部可以放置光學鏡片，從而在光學鏡片上大批量沉積高質量的類金剛石薄膜。本發明適合大批量制備類金剛石保護涂層，能夠實現類金剛石薄膜光學涂層的產業化，極大地推動類金剛石產業的發展。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：

圖1是本發明大體積微波等離子體制備類金剛石薄膜的裝置的結構示意圖；

圖2是諧振腔和石英管反應腔結構示意圖。

具體實施方式

為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本發明的具體實施方式。

如圖1、圖2所示，本發明大體積微波等離子體制備類金剛石薄膜的裝置包括諧振腔2、石英管反應腔3、多個微波源和多個微波輸入系統。

在微波源中采用磁控管和激勵腔獲得頻率為2.45GHz的穩定微波，其微波的輸出功率在0.1～1kW范圍內連續可調。微波源產生的微波通過微波輸送系統送入諧振腔2內，石英管反應腔3位于諧振腔2內。石英管反應腔3的厚度大于3mm的石英管，其內徑和長度可以根據需要進行調節。本實施例中，石英管反應腔3直徑為120mm，厚度為3mm，長度1000mm。諧振腔2為空心五棱柱，空心五棱柱的五個面分別對應不同的微波源和微波輸入系統，諧振腔2上設有微波輸入口1。多個微波輸入系統以五個為一組，分為多組排列在諧振腔2的五個面上。

進一步的，石英管反應腔3的一端設有反應氣體輸入口4，另一端通過不銹鋼管7與真空抽氣接口5連接。其工作氣壓連續可調，工作氣壓的調節范圍為20～500Pa。反應氣體輸入口4與氣體流量計8連接。通過調節腔體氣壓和微波輸入功率，可以使等離子體充滿整個微波等離子體反應腔3，形成大體積等離子體放電。

進一步的，真空抽氣接口5與真空泵10和真空測量9連接，能夠對反應腔3內的氣壓進行精確測量。

進一步的，石英管反應腔3上設有觀察窗6，可以通過該觀察窗6觀察反應腔3內等離子體的放電情況。