[发明专利]实现金刚石膜球冠制备过程中基体均温的装置

说明书

本申请是2008年6月11日申请的申请号为200810024384.5的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种金刚石膜制备技术及其装置，尤其是一种控制球冠状金刚石膜制备过程中温度均匀性的方法，具体地说是一种实现金刚石膜球冠制备过程中基体均温的方法及装置。

背景技术

众所周知，直流等离子体化学气相沉积(DCPCVD)生长金刚石膜具有耐腐蚀、抗辐射、透光性好、抗冲击性能好、自润滑性能好等优异的综合性能。高纯的金刚石膜对红外光及可见光具有良好的透光性能，可应用于短波长光、紫外线的探测器等；高质量的金刚石膜具有良好的绝缘性，掺杂后可成为半导体材料，能制作高温、高频、高功率器件等。它的高散热率、低摩擦系数和透光性，可作为军用导弹的整流罩材料。美国空军已开发采用金刚石曲面膜制备导弹整流罩，应用在新型高马赫数导弹。并取得巨大成功。我国也把CVD合成金刚石膜列入国家“863”计划，投入大量人力和财力进行研究开发，由于金刚石膜生长机理的复杂性，我国有关这方面的研究和国外相比还有较大的差距。

相对于平面金刚石膜，金刚石膜球冠生长机理更复杂，研究起步的较晚，目前，国内还没有人制备出高质量的金刚石膜球冠。近些年来美、日及欧洲的一些国家开始对金刚石膜球冠的形成机理和沉积工艺进行了一些研究。但由于金刚石膜球冠具有重要的军事应用价值，一般都应用于军事领域，因此有关此方面的报道内容一般不公开，即使有报道，也不透露有关的技术内容。

金刚石膜球冠生长，基体是曲面的。目前采用的冷却系统对CVD法制备的金刚石膜基体的冷却存在一些问题：如由于基体表面温度场的不均匀性一直未能很好地被解决，导致膜的不均匀生长、较大的内应力及缺陷等。使得金刚石膜的断裂强度、红外特性、透光性较差。不能满足国防航空领域应用，如新型超高速导弹对窗口材料，大尺寸曲面导弹整流罩的应用等，这都制约了金刚石膜的应用。因此，金刚石膜球冠生长中基体的冷却系统对金刚石膜球冠质量至关重要。

综上所述，目前在制备金刚石膜球冠时，急需一种适应性强，制造方便，稳定可靠的新型冷却系统来满足制备高质量的金刚石膜球冠。

发明内容

本发明的目的是针对现有的金刚石球冠制备过程中因中心与边缘温差较大而易出现生长不均匀，影响成膜质量的问题，发明一种实现金刚石膜球冠制备过程中基体均温的方法及装置。

本发明的技术方案是：

一种实现金刚石膜球冠制备过程中基体均温的方法，其特征是：

首先，将需沉积金刚石膜球冠的基体置于一导热性能好的铜质基座上；

其次，在所述的铜质基座中设立循环冷却水道，并控制与基体相接触的基座壁的厚度，使所述基座壁的厚度与基体的温度分布成反比，即基体上温度越高的位置处所对应的基座的壁厚越小，以使基体温度高处的热量能更多地通过基座壁传导而被循环冷却水带走；

最后，在沉积过程中，连续向所述的循环冷却水道中注入冷却水，使基体的沉积面的温差控制在0.6％～1.5％之间。

所述的与基体相接触处的铜质基底壁或呈阶梯圆环结构，或呈球面结构，所述的阶梯圆环结构的包络面及球面结构与基体的沉积面形状相匹配，即它们或同为凹面结构，或同为凸面结构。

所述铜质基座的底壁上设有五个宽度相等的圆环状阶梯，五个阶梯的高度分别为h1＝0.0004R+1.3563，h2＝-0.0001R²+0.0046R+1.8674，h3＝-0.0051R+2.8717，h4＝-0.0027R+3.9076，h5＝0.0001R²-0.0118R+5.1713，其中R为沉积体表面曲率半径；如果沉积基体的表面为上凸形，则h1是指铜质基座底壁中心台阶的高度，如果沉积基体的表面为下凹形，则h1是指铜质基座底壁最外圆的台阶的高度。

一种实现金刚石膜球冠制备过程中基体均温的装置，包括铜质基座6，铜质基座6的上表面与沉积基体1的下表面相接触，其特征是所述的铜质基座6为一中空的结构，其中安装有循环水分配体2，循环水分配体2上设有进水孔3和出水孔4，在铜质基座6和循环水分配体2之间形成有冷却水腔5，冷却水腔5的与沉积基体1相接触的底壁或呈阶梯结构或呈球面结构，且底厚的厚度分布与沉积基体上表面温度分布成反比，即沉积基体上表面温度越高的区域，其对应处的壁厚越小。