[发明专利]一种螺旋波等离子体增强化学气相沉积装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备具有光、电和磁等特殊性能要求薄膜的螺旋波等离子体增强化学气相沉积装置，属于等离子体加工设备技术领域。

背景技术

低压等离子体的产生方式一般通过直流、交流、射频、微波等气体放电形式实现，射频等离子体气体放电因可采用电容耦合与电感耦合方式，具有较低的放电电压和较低工作气压，容易实现等离子体密度、温度的控制等特性，在半导体材料合成，刻蚀及加工等领域获得了广泛应用，低压射频等离子体化学气相沉积技术是采用等离子体实现化学反应气体的电离、分解及激发，通过激发化学反应实现固态薄膜的沉积。该技术因能方便的实现反应气体的激发在化合物纳米薄膜材料合成中也获得了广泛应用。螺旋波等离子体是利用低气压放电产生高密度等离子体的主要形式之一，在10^-2Pa量级的低气压下其等离子体密度可达10¹³cm^-3量级，具有对反应气体的高电离和高激发特性，相对于类似特性的电子回旋共振等离子体的实现方式具有所需设备简单、磁场低，参数可通过多种方式实现调整等特性。在等离子体刻蚀、等离子体化学气相沉积和辅助溅射等材料加工领域已获得了广泛应用。目前，现有技术中的螺旋波等离子体发生装置均是通过它激式方法连接外部射频电源和天线实现射频电磁场与所激发的螺旋波等离子体耦合的，这种方式都需要匹配箱或匹配网络才能实现射频功率的有效馈入，而且存在螺旋波等离子体的模式跳变现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能实现射频功率的稳定和有效馈入、可有效防止螺旋波等离子体的跳模现象、使所产生的螺旋波等离子体更稳定的螺旋波等离子体增强化学气相沉积装置。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种螺旋波等离子体增强化学气相沉积装置，它包括外部高压电源、激发螺旋波等离子体的天线、绝缘电介质管、高真空腔体、线圈、辅助线圈，绝缘电介质管和高真空腔体分别设置馈入反应气体的进气孔和进气控制装置、环形喷嘴和加热器，其改进之处是，在外部高压电源和激发螺旋波等离子体的天线之间连接有自激式射频振荡电路。

上述螺旋波等离子体增强化学气相沉积装置，所述的自激式射频振荡电路由反馈回路、灯丝电源和振荡槽路组成，外部高压电源的输出端连接振荡槽路，振荡槽路的输出端连接天线线圈，在外部高压电源和振荡槽路之间连接有反馈电路，灯丝电源连接到振荡槽路中。

上述螺旋波等离子体增强化学气相沉积装置，振荡槽路由振荡管G、扼流圈ZL、电感L、可调电阻W、电阻R、电容C1、C2、C3、C4、C5、C6组成，振荡管的阴极接灯丝电源，阳极接在高压电源与天线的连接线路上，栅极接电感L、电阻R、电容C3、C4、C5组成的耦合电路，在高压电源与天线的连接线路上还串联有高频扼流圈ZL、隔直电容C1，可变电容C2与天线相并联。

本发明利用自激式振荡方式实现射频电磁场和螺旋波等离子体的耦合，可有效防止螺旋波等离子体的跳模现象，使所产生的螺旋波等离子体更稳定；同时，本发明利用螺旋波等离子体的低的工作气压、高的等离子体密度和能够实现对制备薄膜表面提供较低离子载能的独特性能，其能够提供化合物纳米粒子自组装的所满足的热力学条件，为螺旋波等离子体的应用开辟了新的发展空间；本发明还具有电路简单、调试放便、造价低廉等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的自激式射频振荡电路电原理方框图；

图3是本发明的振荡槽路电路图。

图中标记如下：1、高真空腔体  2、绝缘电介质管外设置线圈3、辅助线圈  4、天线  5、绝缘电介质管  6、加热器7、环形喷嘴  8、进气孔  9、进气控制装置  10、自激式振荡电路11、抽真空系统  12、控温电源  13、高压电源  14、反馈回路15、灯丝电源  16、振荡槽路

具体实施方式

图1所示，本发明是一种自激式螺旋波等离子体增强化学气相沉积装置，其包括用于激发螺旋波等离子体的高压电源13、自激式振荡电路10和天线4，抽真空系统11，用作螺旋波等离子体产生室的绝缘电介质管5和与其相连的作为等离子体增强化学气相反应室的高真空腔体1。绝缘电介质管5外设置线圈2用于产生轴向磁场以满足螺旋波传输的条件，高真空腔体1外设置用于产生约束磁场的辅助线圈3，绝缘电介质管5和高真空腔体1分别设置馈入反应气体的进气孔8和进气控制装置9，高真空腔体1内设置馈入反应气体的环形喷嘴7和用于衬底升温的加热器6，加热器6温度通过控温电源12控制。