一種大容積微波等離子體化學氣相沉積反應腔制造技術

本實用新型專利技術屬于微波系統裝備技術領域，提供了一種大容積微波等離子體化學氣相沉積反應腔，包括：三銷釘阻抗調配器、矩形波導、模式轉換裝置、同軸傳輸裝置和短路活塞，還包括：微波作用腔、環形天線金屬盤和金剛石沉積臺，所述環形天線金屬盤與所述微波作用腔的頂部內壁之間安裝有環形石英玻璃窗；通過將環形天線金屬盤與金剛石沉積臺相互分離，相比于傳統的環形天線碟型反應腔中，金剛石沉積臺貼于環形天線金屬盤上的設計，本實用新型專利技術所提出的反應腔結構更加便于實現金剛石沉積臺的升降與旋轉，可增強金剛石合成的可控性和均勻性?？稍鰪娊饎偸铣傻目煽匦院途鶆蛐??？稍鰪娊饎偸铣傻目煽匦院途鶆蛐浴?br/>

【技術實現步驟摘要】
一種大容積微波等離子體化學氣相沉積反應腔


[0001]本技術涉及微波系統裝備
，具體涉及一種基于環形天線的大容積微波等離子體化學氣相沉積反應腔。

技術介紹

[0002]金剛石具有一系列優異的物理及化學性質,比如極高硬度、高導熱率、高載流子迀移率以及高光學通透性，低熱膨脹系數、摩擦系數等。天然金剛石形成于隕石撞擊或者地殼運動產生的高溫高壓?？量痰男纬蓷l件導致金剛石產量稀少，社會的發展導致金剛石需求不斷增加，這種稀缺性阻礙了金剛石材料的廣泛應用。
[0003]直到十九世紀六十年代，美國通用公司采用了高溫高壓法，完成了人類歷史上第一次真正人工合成金剛石。當時高溫高壓法合成的金剛石是小顆粒或者粉末狀晶體，并且含有較多的雜質，無法滿足很多實際應用的需要。其時，合成金剛石的另一種方法化學氣相沉積法的研究并不比高溫高壓法發展的晚，只是生長的金剛石有大量的共生石墨，并且沉積的速率極低，不具有實際應用價值。后來，高濃度的氫原子對石墨相的抑制被發現，化學氣相沉積法才成為一種實際可行的方法，并且這種方法原理上并不限制合成金剛石的尺寸。目前實現化學氣相沉積合成金剛石的方法有很多，這些方法因為各自的原理不同，在不同的工業領域有各自獨特的優勢。其中熱絲化學氣相沉積法屬于歐姆熱激發，直流電弧化學氣相沉積法(等離子體噴射)屬于強電場激發。而電磁波激發反應氣體的方法為微波等離子體化學氣相沉積法。在這三種方法中，電磁微波激發的放電因為沒有電極所以避免了等離子體中金屬雜質的摻入，沉積金剛石的純度高，因而被認為是最佳的人工合成金剛石方法之一。
[0004]目前市面上較成熟的微波等離子體化學氣相沉積法反應腔主要有平板石英玻璃圓柱形反應腔(如圖1)、石英玻璃罩圓柱形反應腔(如圖2)、環形天線碟型反應腔(如圖3)等。其中平板石英玻璃圓柱形反應腔與石英玻璃罩圓柱形反應腔的石英玻璃距離等離子體火球較近，易使等離子體火球對石英玻璃進行刻蝕，從而對沉積的金剛石產生污染。而目前市面上傳統的環形天線碟型反應腔，其內部的環形天線金屬盤將金剛石沉積臺與環形的石英玻璃窗口分隔開來，從而避免了等離子體火球對石英玻璃的刻蝕而造成的污染，但由于金剛石沉積臺位于環形天線的金屬盤上方，故難以實現金剛石沉積臺的升降與旋轉，限制了對大尺寸、高質量金剛石的合成，此外，該型反應腔的金剛石沉積臺上方空間較小，而高功率狀態下等離子體火球的體積較大，造成等離子體火球與金屬腔壁的距離過近，也容易對金剛石的合成產生污染。
[0005]本技術的目的是克服現有市面上各類微波等離子體化學氣相沉積法反應腔技術的不足，提出一種新型的微波等離子體化學氣相沉積法反應腔結構，采用環形天線結構，將用于真空密封的環形石英玻璃窗口與金剛石沉積臺用大尺寸的環形天線金屬盤進行分隔，從而避免了市面上傳統的平板石英玻璃圓柱形反應腔、石英玻璃罩圓柱形反應腔等石英玻璃距離等離子體火球較近被刻蝕而產生的污染。

技術實現思路

[0006]為了解決上述技術問題，本技術提供一種大容積微波等離子體化學氣相沉積反應腔，通過環形天線金屬盤與金剛石沉積臺相互分離，進而解決
技術介紹
提出的問題。
[0007]本技術具體的技術方案如下：
[0008]一種大容積微波等離子體化學氣相沉積反應腔，包括：三銷釘阻抗調配器、矩形波導、模式轉換裝置、同軸傳輸裝置和短路活塞，還包括：
[0009]微波作用腔，所述微波作用腔設置于所述同軸傳輸裝置的下方，所述同軸傳輸裝置位于模式轉換裝置與微波作用腔之間，微波作用腔用于承載微波能量，合理設計微波作用腔的結構尺寸可使微波電場聚集于金剛石沉積臺處，從而產生并維持等離子火球，并使其與微波系統實現較好的阻抗匹配，獲得較高的微波效率；
[0010]環形天線金屬盤，所述環形天線金屬盤安裝在所述微波作用腔的內部，所述環形天線金屬盤與所述微波作用腔的頂部內壁之間安裝有環形石英玻璃窗，環形石英玻璃窗用于真空密封并使微波能量透過；
[0011]金剛石沉積臺，所述金剛石沉積臺安裝在所述微波作用腔的底部，金剛石沉積臺用于盛放金剛石；環形天線金屬盤用于固定石英玻璃窗，并將微波能量向下運送至金剛石沉積臺。
[0012]上述三銷釘阻抗調配器用于調節微波系統的阻抗匹配，減小反射，提高微波效率；同時矩形波導用于將微波源輸出的微波能量傳輸至同軸傳輸裝置；
[0013]模式轉換裝置用于將矩形波導的TE微波傳輸模式轉換為同軸線TEM傳輸模式；同軸傳輸裝置位于模式轉換裝置與微波作用腔之間，用于將微波能量從矩形波導傳送至微波作用腔；短路活塞用于調節微波系統的阻抗匹配，減小反射，并調節微波作用腔內微波場分布，使產生的等離子火球更接近中心。
[0014]優選的，所述環形天線金屬盤的底部中心位置開設有進氣口，進氣口用于通入反應氣體。
[0015]優選的，所述微波作用腔的底部開設有出氣口，且出氣口分布在所述金剛石沉積臺的兩側，出氣口用于排出微波作用腔內氣體。
[0016]優選的，所述環形天線金屬盤的下部為錐形圓臺狀，其下部錐形圓臺形狀有利于微波電場向金剛石沉積臺附近聚集。
[0017]與現有技術相比，本技術具有如下有益效果：
[0018]1、本技術通過采用環形天線結構，將用于真空密封的環形石英玻璃窗口與金剛石沉積臺用大尺寸的環形天線金屬盤進行分隔，從而避免了市面上傳統的平板石英玻璃圓柱形反應腔、石英玻璃罩圓柱形反應腔等石英玻璃距離等離子體火球較近被刻蝕而產生的污染，有利于提高金剛石合成的質量。
[0019]2、本技術通過將環形天線金屬盤與金剛石沉積臺相互分離，相比于傳統的環形天線碟型反應腔中，金剛石沉積臺貼于環形天線金屬盤上的設計，本技術所提出的反應腔結構更加便于實現金剛石沉積臺的升降與旋轉，可增強金剛石合成的可控性和均勻性。
[0020]3、本技術通過將環形天線金屬盤與金剛石沉積臺相互分離，相比于傳統的環形天線碟型反應腔中，金剛石沉積臺貼于環形天線金屬盤上的設計，本技術所提出的
反應腔結構更加便于對金剛石沉積臺冷卻結構的設計，使金剛石沉積臺的溫度受控性好，有利于提高金剛石合成的質量。
[0021]4、本技術通過設計反應腔中金剛石沉積臺附近空間相比于傳統的環形天線碟型反應腔較大，為高功率狀態下大體積等離子體火球留出了充足的空間，有利于減小金屬腔壁被等離子體火球刻蝕而對金剛石合成產生的污染，有利于提高金剛石合成的質量。
附圖說明
[0022]圖1是本技術平板石英玻璃圓柱形反應腔平面示意圖；
[0023]圖2是本技術石英玻璃罩圓柱形反應腔平面示意圖；
[0024]圖3是本技術環形天線碟型反應腔平面示意圖；
[0025]圖4是本技術環形天線大容積反應腔平面示意圖。
[0026]圖中：
[0027]1、三銷釘阻抗調配器；2、矩形波導；3、模式轉換裝置；4、同軸傳輸裝置；5、短路活塞；6、環形石英玻璃窗；7、微波作用腔；8、環形天線金本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種大容積微波等離子體化學氣相沉積反應腔，包括：三銷釘阻抗調配器(1)、矩形波導(2)、模式轉換裝置(3)、同軸傳輸裝置(4)和短路活塞(5)，其特征在于，包括：微波作用腔(7)，所述微波作用腔(7)設置于所述同軸傳輸裝置(4)的下方，所述同軸傳輸裝置(4)位于模式轉換裝置(3)與微波作用腔(7)之間；環形天線金屬盤(8)，所述環形天線金屬盤(8)安裝在所述微波作用腔(7)的內部，所述環形天線金屬盤(8)與所述微波作用腔(7)的頂部內壁之間安裝有環形石英玻璃窗(6)；金剛石沉積臺(1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：譚延君，黃斌彧，王榮川，
申請(專利權)人：南京三樂微波技術發展有限公司，
類型：新型
國別省市：