[發明專利]一種小型橢球式等離子反應腔及其制造方法

有效

• 申請號: 201711276641.X
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN107858667B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 李曉靜;聶鳳明;王大森;張廣平;裴寧;張旭;馮時
• 申請（專利權）人: 中國兵器科學研究院寧波分院
• 主分類號: C23C16/513
• 分類號: C23C16/513;C23C16/27
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛

一種小型橢球式等離子反應腔及其設計方法，包括腔體、設置在腔體內的沉積室以及同軸天線，腔體為下部切邊的橢球狀金屬腔體，橢球狀金屬腔體的長軸直徑Z＝430～440mm，短軸半徑R＝160～170mm，沉積室是由沉積基臺與石英鐘罩組成，其中沉積基臺與橢球體短軸平行，密封設置在腔體的下部切邊位置，石英鐘罩同軸罩蓋在沉積基臺上方，同軸天線采用圓柱狀銅材料，設置于腔體的上端缺口處，等離子反應腔內的微波耦合方式為天線耦合，微波諧振模式為TM₀₃₃。使用本發明的等離子反應腔的微波等離子體CVD裝置與傳統的“TM₀₃₆”式裝置有著相同的微波聚焦能力，但體積是傳統“TM₀₃₆”橢球式裝置體積的一半，具有結構合理緊湊、成本低、加工難度低的優點，具有較好的應用前景。

技術領域

本發明屬于微波等離子化學氣相沉積薄膜技術領域，涉及一種小型橢球式等離子反應腔及其設計方法。

背景技術

金剛石膜具有硬度高、導熱性好、熱膨脹系數小、光學和電學性能優異、聲傳播速度快、介電性能好等眾多優點，而且摻雜之后的金剛石還具有優異的半導體特性。正是金剛石的這些優異性能的組合，使它在現代技術的各個領域中有著廣泛的應用前景。

微波等離子化學氣相沉積法(MPCVD)一直是國際上被用于高品質金剛石膜制備的首選方法，其優點是其可控性和潔凈性好，可沉積的金剛石膜的質量高。

我國高功率MPCVD技術的發展相對滯后，另外，由于MPCVD技術相對復雜，因而世界各國在發展高功率MPCVD技術的過程中都借助了數值模擬技術。我國在MPCVD裝置模擬技術方面研究的不足，也是造成我國在高功率MPCVD金剛石膜沉積技術上落后的一個主要原因。在這一背景之下，系統開展MPCVD裝置模擬技術的研究，并在此基礎上發展新型MPCVD裝置設計，對促進高品質金剛石膜沉積技術的發展起到十分重要的推動作用。

在微波等離子化學氣相沉積(MPCVD)金剛石膜技術中，等離子反應腔是微波等離子體化學氣相沉積裝置的核心構件，其結構設計對于微波等離子化學氣相沉積技術的發展起到至關重要的作用。

MPCVD裝置等離子反應腔的類型包括石英管式、石英鐘罩式、圓柱諧振腔式、橢球諧振腔式、圓周天線諧振腔式和非圓柱諧振腔式等。其中，橢球諧振腔式微波等離子反應腔微波輸入功率相對較高，但由于目前使用的“TM₀₃₆”式的橢球諧振腔體積較大，尤其是對工作在915MHz的微波等離子體CVD裝置來說更是如此，因此設計出一種相對尺寸較小，并具有相對較高的微波聚焦能力的橢球形微波等離子反應腔，具有十分重要的意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種結構合理緊湊的小型橢球式等離子反應腔，具有加工難度低、生產成本低的特點。

本發明所要解決的技術問題是提供一種結構設計合理緊湊的小型橢球式等離子反應腔的制造方法，可降低微波等離子化學氣相沉積(MPCVD)設備中等離子反應腔加工難度及生產成本，利于產業化。

本發明解決上述第一個技術問題所采用的技術方案為：一種小型橢球式等離子反應腔，包括腔體、設置在腔體內的沉積室以及同軸天線，其特征在于：所述腔體為下部切邊的橢球狀金屬腔體，橢球狀金屬腔體的長軸直徑Z＝430～440mm，短軸半徑R＝160～170mm，沉積室是由沉積基臺與石英鐘罩組成，其中沉積基臺平行與橢球體短軸密封設置在腔體的下部切邊位置，石英鐘罩同軸罩蓋在沉積基臺上方，同軸天線設置于腔體的上端缺口處，等離子反應腔內的微波耦合方式為天線耦合，微波諧振模式為TM₀₃₃。

作為優選，所述腔體采用不銹鋼材料，同軸天線采用圓柱狀銅材料，橢球狀金屬腔體的長軸直徑Z＝435mm，短軸半徑R＝165mm。