[实用新型]直流电弧等离子体硼掺杂金刚石膜沉积装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及直流电弧等离子体硼掺杂金刚石膜沉积技术领域。

背景技术

硼掺杂金刚石膜沉积是一种向金刚石膜内部掺入硼原子，形成空穴，进而获得具有导电性的金刚石膜的技术。根据掺杂原理的不同，一般的掺杂设备可分为沉积中固相掺杂装置、沉积中气相掺杂装置和后续离子注入装置三种。

我们已经申请的专利200910075519.5发明专利中公开了一种用于化学气相沉积的等离子炬，涉及用于化学气相沉积的电弧等离子炬技术领域。包括处于中心轴上的中心阴极、与该中心阴极同轴的一个管状阳极，该中心阴极和管状阳极分别连接直流电源的负极和正极，该中心阴极和管状阳极之间至少设有一个管状辅助电极，各极间由绝缘材料隔离，至少三个极间设有进气结构，其中至少有一个进气结构中具有能使气体进入炬腔体后形成旋转气流的结构。本发明结构简单，能在保持较高功率的同时，产生一个较大面积、可以长时间连续、稳定工作的等离子体环境，提高产品的质量和产量。应用广泛，特别适用于制造人造金刚石。

但是上述专利中缺少一定的调节装置，不能随时控制硼源的导入量，使用过程中不是十分方便

实用新型内容

本实用新型是一种直流电弧等离子体化学气相沉积硼掺杂金刚石膜装置，是在我们已申请专利的用于气相沉积的等离子炬基础上发展而来，应用本装置，根据不同工作结构和沉积工艺，可将不同量的硼源导入反应气氛，进而得到不同导电性能和机械性能的硼掺杂金刚石膜，对应用于可用电火花加工的超硬刀具，电化学耐腐蚀电极等领域。

本实用新型的技术方案是：一种直流电弧等离子体硼掺杂金刚石膜沉积装置，该装置包括硼源混合器和直流电弧等离子体炬，所述的硼源混合器通过阀控气体流量计与直流电弧等离子体炬的混合气体进口或/和惰性气体进口连通。

所述的硼源混合器一侧连通至载气进气管路，一端连通混合气体出气管路，该混合气体出气管路上分别通过两个并联的阀控气体流量计与直流电弧等离子体炬的混合气体进口和惰性气体进口连通。

本实用新型的有益效果

该直流电弧等离子体硼掺杂金刚石膜沉积装置利用并保持了直流电弧等离子体沉积装置成膜速率快、质量高的技术特点；与沉积中固相掺杂和后续离子注入对比，很好地解决了金刚石膜中硼原子掺杂的均匀性，持续性，显著提高了硼掺杂金刚石膜性能的稳定性；可以在硼源混合气体与碳源气体的比例为1％到50％的范围内调整掺杂浓度，以得到不同性能的硼掺杂金刚石膜，用于不同需要。

适当调整载气的流量、类型和载气与硼源蒸气的混合比例等，可以改变金刚石膜中硼的掺杂比例，得到不同导电性能的金刚石膜，适于不同需要。

适当调整沉积温度、速率和硼源引入位置等可改善沉积稳定性和硼掺杂金刚石膜的导电、机械性能。

利用该种方法已试验制备出电阻率低于0.02kΩ.cm，磨耗比高于10万的多晶金刚石自支撑膜，效果良好。

附图说明

图1为该直流电弧等离子体硼掺杂金刚石膜沉积装置结构示意图。

具体实施方式

参见图1，图中1.中心阴极，2、管状辅助电极，3.硼源混合器、4.载气进气管路，5.管状阳极，6.进水口，7.出水口，8、混合气出气管路  9、阀控气体流量，10.混合气进气口，11.惰性气体进气口，12、13、绝缘结构(例如绝缘套)，16.阳极引线，17.阴极引线，18.磁场线圈，19.真空室壁，20.衬底。

实施例：参见图1，图中一种直流电弧等离子体硼掺杂金刚石膜沉积装置，该装置包括硼源混合器和直流电弧等离子体炬，所述的硼源混合器通阀控气体流量计与直流电弧等离子体炬的混合气体进口或/和惰性气体进口连通。所述的硼源混合器一侧连通至载气进气管路，一端连通混合气体出气管路，该混合气体出气管路上分别通过两个并联的阀控气体流量计与直流电弧等离子体炬的混合气体进口和惰性气体进口连通。

该装置工作时：

可以使用氩气，氢气等作为载气，通过载气进气管路与进入硼源混合器，与液态硼源的蒸气混合，硼源蒸气与载气的比例为6％，然后从硼源混合出来后经由气体流量计调节控制混合气的流量，以气态形式持续均匀地引入直流电弧等离子体炬和沉积反应室；在等离子体炬中硼源混合气与碳源气体、氢气、氩气等反应气体混合，硼源混合气体与碳源气体的比例范围为1％到50％；然后流经等离子体炬阴阳极之间的直流电弧，被加热并离解后向下喷出，在等离子体炬下方的沉积基片上沉积生成硼掺杂金刚石膜。

为得到不同的沉积掺杂效果和不同硼掺杂浓度、电阻率、机械性能的金刚石膜，载气可在氩气、氢气中进行选择，也可通过气体流量计对硼源混合气的流量进行调整。