[發(fā)明專利]等離子體源單元、等離子體源裝置及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510870305.2
• 申請(qǐng)日: 2015-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN106816353B
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐永炳;朱雨;牛卉卉;劉輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): H01J37/32
• 分類號(hào): H01J37/32
• 代理公司: 深圳中一專利商標(biāo)事務(wù)所 44237
• 代理人: 張全文

本發(fā)明涉及等離子體源單元、等離子體源裝置及其應(yīng)用。所述等離子體源單元包括能源供應(yīng)系統(tǒng)和微波諧振腔系統(tǒng)，所述微波諧振腔系統(tǒng)包括同軸式微波諧振腔、金屬天線、同軸金屬柱、空心金屬圓柱和金屬陶瓷部，所述同軸式微波諧振腔在底部和頂部分別開設(shè)有不同軸的第一開口和第二開口；所述空心金屬圓柱外接所述第一開口處；所述同軸金屬柱同軸插設(shè)于所述同軸式微波諧振腔中，一端與所述頂部連接、另一端延伸出所述空心金屬圓柱外；所述金屬陶瓷部填充在所述同軸金屬柱和所述空心金屬圓柱之間；所述金屬天線插設(shè)于所述同軸式微波諧振腔中，一端與所述底部電連接，另一端延伸出所述第二開口；所述第二開口處外設(shè)有與所述能源供應(yīng)系統(tǒng)相連的同軸轉(zhuǎn)接頭。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于等離子體技術(shù)以及金剛石合成技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種等離子體源單元、等離子體源裝置及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

目前，對(duì)于金剛石薄膜的沉積，普遍使用熱絲CVD法。這種方法通常使用鉭絲或者鎢絲作為電阻絲，通過(guò)加熱電阻絲，裂解甲烷，并通過(guò)電阻絲加熱后發(fā)射電子，形成電離度較低的等離子體，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)金剛石薄膜的沉積。采用這種方法合成金剛石薄膜，合成窗口的溫度一般在600-1200℃之間，可以通過(guò)調(diào)整基片臺(tái)與加熱電阻絲之間的距離實(shí)現(xiàn)對(duì)金剛石薄膜溫度的控制，從而實(shí)現(xiàn)金剛石薄膜材料的合成，其工作原理及設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

然而，使用熱絲CVD法合成金剛石時(shí)，由于未處理的電阻絲無(wú)法承受較大的工藝電流，因此，需要預(yù)先將電阻絲進(jìn)行碳化處理，增加了制備工藝的繁瑣程度；且電阻絲加熱過(guò)程中，容易產(chǎn)生變形導(dǎo)致短路或等離子體分布不均等問(wèn)題，使得電阻絲的更換頻率高；另外，由于電阻絲發(fā)射電子產(chǎn)生等離子體的電離度很低，導(dǎo)致產(chǎn)生的刻蝕性粒子數(shù)量不足，最終使得所合成的金剛石薄膜質(zhì)量不高。此外，采用CVD法合成金剛石具有功率高、功耗大的缺點(diǎn)。上述一些列問(wèn)題，嚴(yán)重制約了金剛石合成的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種等離子體源單元，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)需要采用電阻絲合成金剛石、而電阻絲存在上述一系列不足導(dǎo)致金剛石合成發(fā)展空間受阻的問(wèn)題。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種等離子體源裝置，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)需要采用電阻絲合成金剛石、而電阻絲存在上述一系列不足導(dǎo)致金剛石合成發(fā)展空間受阻的問(wèn)題。

本發(fā)明的再一目的在于提供一種使用等離子體源裝置制備金剛石薄膜的方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種等離子體源單元，包括能源供應(yīng)系統(tǒng)，還包括微波諧振腔系統(tǒng)，所述微波諧振腔系統(tǒng)包括同軸式微波諧振腔、金屬天線、同軸金屬柱、空心金屬圓柱和金屬陶瓷部，其中，所述同軸式微波諧振腔的底部同軸開設(shè)有第一開口，所述同軸式微波諧振腔的頂部開設(shè)有與所述第一開口不同軸的第二開口；所述空心金屬圓柱外接于所述同軸式微波諧振腔的第一開口處，且所述空心金屬圓柱與所述同軸式微波諧振腔同軸；所述同軸金屬柱同軸插設(shè)于所述同軸式微波諧振腔中，一端與所述同軸式微波諧振腔的頂部連接、另一端通過(guò)所述第一開口并延伸出所述空心金屬圓柱外；所述金屬陶瓷部填充在所述同軸金屬柱和所述空心金屬圓柱之間；所述金屬天線插設(shè)于所述同軸式微波諧振腔中，一端與所述底部電連接，另一端延伸出所述第二開口；所述第二開口處外設(shè)有同軸轉(zhuǎn)接頭，且所述同軸式微波諧振腔通過(guò)所述同軸轉(zhuǎn)接頭與所述能源供應(yīng)系統(tǒng)相連接。

以及，一種等離子體源裝置，包括真空箱和多個(gè)點(diǎn)狀排列的上述等離子體源單元，其中，所述真空箱包括真空腔、形成所述真空腔的箱體和設(shè)置在所述箱體內(nèi)的載物基臺(tái)，所述箱體開設(shè)有抽氣口和進(jìn)氣口；所述箱體的頂壁開設(shè)有與所述真空腔相通的開口，所述等離子體源單元的空心金屬圓柱通過(guò)所述開口插入所述真空腔中。

相應(yīng)的，一種使用上述等離子體源裝置制備金剛石薄膜的方法，包括以下步驟：

將基底置于所述載物基臺(tái)上，抽真空使所述真空腔為真空環(huán)境，并通入工作氣體，開啟能源供應(yīng)系統(tǒng)，使得嵌入所述真空腔的同軸金屬柱產(chǎn)生等離子體云；

調(diào)節(jié)所述基底的溫度，沉積金剛石薄膜。