[實用新型]一種大面積熱絲CVD金剛石薄膜生長裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201721623900.7
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN207552442U
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姜辛;劉魯生;黃楠
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號: C23C16/27
• 分類號: C23C16/27;C23C16/455;C23C16/46;C23C16/52
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本實用新型涉及金剛石膜生長領(lǐng)域，尤其涉及一種大面積熱絲化學(xué)氣相沉積(CVD)金剛石薄膜生長裝置。該裝置設(shè)有密閉的反應(yīng)腔體，反應(yīng)腔體內(nèi)的上部設(shè)有氣體噴淋環(huán)，氣體噴淋環(huán)通過管路與外部氣源連接，反應(yīng)腔體的外側(cè)設(shè)有抽真空系統(tǒng)和真空測控系統(tǒng)；氣體噴淋環(huán)下方于反應(yīng)腔體內(nèi)，平行依次布置熱絲、基片、導(dǎo)電層、絕緣層、水冷樣品臺，基片、導(dǎo)電層、絕緣層疊放于水冷樣品臺上，水冷樣品臺通過轉(zhuǎn)軸與外部調(diào)速電機相連接。本實用新型可以實現(xiàn)在大面積基片上快速、均勻沉積金剛石薄膜電極，減少反應(yīng)氣體的消耗，沉積過程中能測控?zé)峤z的溫度、工件表面的溫度和反應(yīng)腔內(nèi)的壓強，能準(zhǔn)確控制金剛石薄膜沉積各項主要工藝參數(shù)，工藝重復(fù)性好。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及金剛石膜生長領(lǐng)域，尤其涉及一種大面積熱絲化學(xué)氣相沉積(CVD)金剛石薄膜生長裝置。

背景技術(shù)

金剛石薄膜以其優(yōu)越的性能成為21世紀(jì)的新型功能材料。從20世紀(jì)80年代初開始，一直受到世界各國的廣泛重視，因為金剛石膜具有一系列優(yōu)異性能十分接近自然界中金剛石，具有最高硬度，高的彈性模量，極低的摩擦系數(shù)，極高的熱導(dǎo)率，高的室溫電阻率，極佳的絕緣性能，又有很高的電子和空穴轉(zhuǎn)移率，并且在較寬的光波段范圍內(nèi)透明，具有較高的禁帶寬度，成為新一代的功能半導(dǎo)體材料；同時它還具有極好的耐酸堿，抗腐蝕性是很好的耐蝕材料。作為電極材料它不同于普通的金屬電極，因為它表面的共價結(jié)構(gòu)、很寬的帶隙和摻雜等，性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)的玻璃碳、熱解石墨及其他形式的電極；金剛石膜電極有很寬的勢窗、很小的背景電流、很高的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性、沒有有機物和生物化合物的吸附、其電化學(xué)響應(yīng)在很長的時間內(nèi)保持穩(wěn)定、耐腐蝕等，可用于對有毒有機化合物的電化學(xué)處理，高靈敏度有害化合物的探測及分析，特別是微電極可用于生物細(xì)胞組織中核酸及微量成分的測量和監(jiān)控。金剛石與水介質(zhì)問有效勢壘高達(dá) 3V(激活碳是1V)，可用來制備高電容比的電容器。另外，由于微型金剛石電極的穩(wěn)定性，僅有小的電容漏電流和歐姆電阻變化，因而可在微秒時間尺度內(nèi)，經(jīng)由電壓測量來研究快速動態(tài)過程。這些集力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、耐腐蝕等各種優(yōu)異性能于一體的薄膜材料在未來全球應(yīng)用領(lǐng)域中顯示出強大的生命力。

金剛石膜用作電極在電化學(xué)合成和污水處理方面應(yīng)用廣泛，但是現(xiàn)今的金剛石薄膜面積不夠大，反應(yīng)生成產(chǎn)物檢測、及處理效果上不是很不明顯，限制它的廣泛研究應(yīng)用。為實現(xiàn)金剛石薄膜的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用與發(fā)展，在金剛石薄膜制備技術(shù)上；追求高速大面積優(yōu)質(zhì)的沉積方法已成為各國競相開發(fā)研究的重點，已是眾多金剛石薄膜科技工作者十分關(guān)注的發(fā)展方向之一。小功率CVD薄膜沉積系統(tǒng)沉積面積小，沉積速率低，而且受溫度場邊緣效應(yīng)的影響膜厚分布不均勻，難以實現(xiàn)工業(yè)級的應(yīng)用，因此在已有的系統(tǒng)設(shè)備的基礎(chǔ)上，研制大面積熱絲CVD金剛石薄膜生長裝置。

實用新型內(nèi)容

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種大面積熱絲CVD金剛石薄膜生長裝置，可以大面積、均勻、高速率、主要工藝參數(shù)可控的在基片表面沉積金剛石薄膜。

本實用新型的技術(shù)方案：

一種大面積熱絲CVD金剛石薄膜生長裝置，該裝置設(shè)有密閉的反應(yīng)腔體，反應(yīng)腔體內(nèi)的上部設(shè)有氣體噴淋環(huán)，氣體噴淋環(huán)通過管路與外部氣源連接，反應(yīng)腔體的外側(cè)設(shè)有抽真空系統(tǒng)和真空測控系統(tǒng)；氣體噴淋環(huán)下方于反應(yīng)腔體內(nèi)，平行依次布置熱絲、基片、導(dǎo)電層、絕緣層、水冷樣品臺，基片、導(dǎo)電層、絕緣層疊放于水冷樣品臺上，水冷樣品臺通過轉(zhuǎn)軸與外部調(diào)速電機相連接。

所述的大面積熱絲CVD金剛石薄膜生長裝置，水冷樣品臺的上方于反應(yīng)腔體外設(shè)有工件內(nèi)表面溫度紅外測溫儀和熱絲溫度紅外測溫儀。

所述的大面積熱絲CVD金剛石薄膜生長裝置，反應(yīng)腔體外部設(shè)有冷水機、直流加熱電源和偏壓電源，冷水機與水冷樣品臺通過管路連接，偏壓電源兩端分別與導(dǎo)電層、反應(yīng)腔體的一端連接，直流加熱電源兩端分別與熱絲連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點及有益效果：