[发明专利]多用途批量制备CVD金刚石膜的工业设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种热丝化学气相沉积法制备金刚石薄膜中使用的装置，主要适用于线形、片状等形状试样批量制备金刚石薄膜的工业生产中。

背景技术

金刚石具有优异的力、热、声、光、电、化学等各项性能。人造金刚石薄膜的性能已经基本接近天然金刚石，优异的性能使其在高科技领域具有广泛的应用前景。目前，金刚石薄膜技术已在刀具、高性能电子元件，航天材料等众多场合得到应用，收到极好的效果，其应用在高科技领域被人们倍加关注。热丝化学气相沉积(HFCVD)金刚石薄膜制备方法是目前工业化CVD金刚石薄膜中的主要制备方法，该工艺方法操作简单，成本低，设备简易，容易控制沉积的衬底温度，可获得质量较高、面积尺寸较大的金刚石薄膜。采用HFCVD法制备金刚石薄膜是将反应气体混合后通入真空反应室内，混合气体经高温热丝裂解后，其气体中的活性碳原子就会沉积在基体表面，从而生长出金刚石薄膜。目前这种制备方法的设备中主要存在以下问题：

(1)通常将混合气体充满整个反应室，只有与高温热丝接触的气体才发生裂解，大部分气体未参与裂解反应被气泵抽出，因而造成气体的利用率低，原材料浪费，且金刚石膜生长速率较慢。

(2)目前很多设备的基体被放置在基台上，由于基体位置被固定，只能上表面部分生成金刚石薄膜，且薄膜厚度不均匀，存在很大表面应力。多种基体在装载和取出时不方便，影响生产效率的提高和生产成本的降低。

(3)目前很多设备工作台结构设计对温度场、气流场分布影响较大，在基体表面很难保证温度场、气流场均匀，从而极大影响金刚石薄膜的质量，也给批量制备高质量金刚石膜带来一定困难。

(4)目前很多设备其热丝多为水平放置，其热膨胀及重力引起的变形影响热丝到基体表面的距离，进而影响基体表面的沉积温度，从而导致薄膜不均匀。热丝老化后变脆，在移动过程中易发生断裂。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题是提供一种多用途批量制备CVD金刚石膜的工业设备，以克服现有热丝化学气相沉积制备金刚石薄膜的设备中存在混合气体利用率低、温度场与气流场分布不均、多基体的装载生产不便、以及裂解热丝热膨胀和重力引起的变形的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的多用途批量制备CVD金刚石膜的工业设备，包括气体裂解热丝，底座上设有上盖，所述的底座内设有内基座，所述的底座设有窄缝气体束集腔，在所述的内基座上设有旋转台及其旋转台驱动装置，所述的旋转台与所述的上盖的侧壁之间形成有窄缝环形反应腔，与所述的上盖顶端之间形成有窄缝气体均布腔，在所述的窄缝环形反应腔内设有下整流罩，在所述的旋转台上设有上整流罩，在所述的旋转台上设有基体安装架，所述的气体裂解热丝沿所述的窄缝环形反应腔的内壁周向竖直排列设置且与所述的基体安装架对应，由真空泵、滤油器和补气管设备组成的腔外滤油循环通道一端通过排气口与所述的窄缝气体束集腔连接，另一端通过进气口与所述的窄缝气体均布腔连接。

所述的气体裂解热丝距所述的旋转台内壁和所述的上盖内壁之间的距离大于5cm，所述的基体安装架上的基体待沉积面与所述的气体裂解热丝距离在3cm以内。

所述的气体裂解热丝通过弹簧浮动固定安装在热丝固定棒上，所述的热丝固定棒安装在所述的窄缝环形反应腔的内壁上。

所述的旋转台驱动装置是在所述的内基座上固定设有大齿圈，在所述的内基座上设有太阳轮，所述的太阳轮和所述的大齿圈之间设有行星轮，所述的行星轮的行星架轴安装在所述的旋转台上，所述的太阳轮与外部的动力传动机构连接。

所述的动力传动机构为减速电机通过联轴器与真空旋转阀连接，所述的真空旋转阀通过锥齿轮、主传动轴与所述的太阳轮传动连接。

在所述的行星架轴上通过销钉连接安装有主动齿轮卡盘，在所述的旋转台上安装有多组与所述的主动齿轮卡盘啮合传动的从动齿轮卡盘组，所述的基体安装架由小尺寸基体安装架和大尺寸基体安装架组成，每组所述的小尺寸基体安装架上端通过上卡盘组和上卡盘滑动环安装在所述的旋转台上，下端安装在所述的主动齿轮卡盘和从动齿轮卡盘组上，所述的小尺寸基体安装架上设有固定线形小尺寸基体的卡位，所述的大尺寸基体安装架为环状，固定在所述的旋转台的外面，其上根据不同基体的形状开有很多固定孔，可以固定大尺寸线形、片状基体。

所述的固定上卡盘组的上卡盘固定环通过固定螺钉安装在所述的旋转台外壁的竖直导轨上，并能配合所述的竖直导轨固定在合适的竖直高度位置。