[實用新型]一種生長碳納米管的等離子體氣相沉積系統

有效

• 申請號: 201520228986.8
• 申請日: 2015-04-16
• 公開（公告）號: CN204752846U
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發明（設計）人: 趙青;曾令珂
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C23C16/513
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 李明光

技術領域

本實用新型屬于等離子體化學氣相沉積領域，具體涉及一種生長碳納米管的等離子體氣相沉積系統。

背景技術

目前用作高功率微波管的電子源主要是傳統熱陰極，熱陰極需要加熱至一定溫度才能工作，因而熱陰極具有預熱延遲以及無法快速響應等缺點。相比熱陰極而言，場發射冷陰極因為具有室溫工作以及快速響應的優點正在逐漸取代傳統的熱陰極。

碳納米管自發現以來，其優異獨特的場發射特性得到廣泛的研究。碳納米管陣列具有大電流密度、低開啟電壓、快速響應等良好的場發射特性，碳納米管是一種作為場發射冷陰極的理想材料，因此碳納米管冷陰極具有取代傳統熱陰極用作高功率微波管電子源的趨勢。

目前碳納米管冷陰極的制備工藝還不夠成熟，其中生長出的碳納米管薄膜的均勻性是碳納米管冷陰極制備工藝的一項重要指標，碳納米管分布的均勻性將會直接影響碳納米管冷陰極的場發射性能。

目前制備碳納米管冷陰極的主要方法為PECVD(PlasmaEnhancedChemicalDeposition)技術，即等離子體增強化學氣相沉積技術。等離子體增強化學氣相沉積技術將用于生長碳納米管薄膜的碳源氣體利用直流輝光放電、射頻放電或微波放電的方式電離為等離子體，然后在鍍覆有鐵催化劑層的硅襯底上沉積出碳納米管薄膜，等離子體的活性很強使得碳納米管的生長反應能夠在較低的溫度下進行。

圖1為現有用于碳納米管生長的化學氣相沉積系統的結構示意圖，其中反應腔中由上至下包括高功率微波或射頻輸入端口、RF電極、進氣口、基片載物臺、加熱裝置以及出氣口。

現有用于碳納米管生長的等離子體氣相沉積技術工作過程如下：

首先將待生長碳納米管的硅襯底置于基片載物臺上，將真空腔抽至高真空狀態，然后啟動加熱裝置將真空腔內升至等離子體氣相沉積反應所需要的環境溫度，最后碳源氣體由一側流入反應腔內，開啟微波或射頻發生器讓高功率微波或射頻由上端的輸入端口進入反應腔內使得碳源氣體電離為等離子體，等離子體化學性質十分活躍使得反應溫度大大降低，碳源氣體變為等離子體后反應沉積在硅片上面生長為碳納米管薄膜。

但是由于現有的等離子體氣相沉積系統中反應氣體由一側進入反應腔內，在射頻或高壓直流作用下產生的等離子體無法保證在待生長的襯底表面上每一點都是均勻分布的，不僅如此，用于等離子體氣相沉積的加熱裝置一般置于反應腔底部，無法保證生長碳納米管的硅襯底上各點的反應溫度相同，這樣就會導致利用PECVD法生長的碳納米管薄膜均勻性較差。

實用新型內容

本實用新型的提供一種生長碳納米管的等離子體氣相沉積系統，使得等離子體能夠均勻的分布在待生長碳納米管的硅襯底表面上，并且能夠保證待生長碳納米管的硅襯底表面上各點的反應溫度基本相同，從而提高PECVD方法生長的碳納米管薄膜的均勻性，提高碳納米管陣列冷陰極的場發射性能，。

為達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種生長碳納米管的等離子體氣相沉積系統，其結構如圖2、3、4及圖5所示，包括高壓電源正極接線柱1、高壓電源負極接線柱2、金屬底盤接線柱3、加熱電源正極接線柱4、加熱裝置負極接線柱5、圓形金屬底盤6、金屬圓盤7、進氣管道8、金屬圓盤外圍接線柱9、出氣口10、絕熱層11、加熱裝置12及固定裝置13，所述絕熱層11圍成一個圓柱形腔體14，整個系統的其它部件位于腔體14中；

所述高壓電源正極接線柱1、高壓電源負極接線柱2關于腔體中軸線對稱設置于所述圓柱形腔體底部并貫穿整個腔體14底壁；

所述進氣管道8由圓柱形腔體的底部伸入并向上延伸至圓柱形腔體頂部后，其通道方向指向原圓柱形腔體中軸線并向下旋轉180度，使得進氣管道8的出口位于所述圓柱形腔體內的正上方且出氣方向指向正下方；

所述圓形金屬底盤6通過支腳固定于圓柱形腔體底部，并位于所述進氣管道8的出氣口的正下方；所述金屬底盤接線柱3位于所述圓形金屬底盤6上；所述接線柱3通過導線與所述高壓電源負極接線柱2位于腔體14內部一端連接；

所述金屬圓盤7中間開孔并水平放置于進氣管道8的出氣口處，且與所述圓形金屬底盤6平行；所述金屬圓盤7通過裹覆于進氣管道8外部的金屬外壁與設置于所述圓柱形腔體底部的金屬圓盤外圍接線柱9連接；所述金屬圓盤外圍接線柱9通過導線與所述高壓電源正極接線柱1位于腔體14外側的一端連接；

所述出氣口10開設于所述圓柱形腔體的底壁上且位于所述圓形金屬底盤6的正下方；