[发明专利]用于微波等离子体增强化学气相沉积的波导同轴转换器

说明书

本发明涉及微波等离子体增强化学气相沉积技术领域的波导同轴转换器，尤其是一种用于微波等离子体增强化学气相沉积装置，可支持微波高效率传输、低电极污染的矩形波导同轴转换器。由馈入波导、聚四氟乙烯挡板、矩形波导腔、渐变角锥铜块、水冷铝块、通风圆波导、屏蔽网、短路滑块、驻波腔、同轴内导体以及同轴外导体组成；本发明由于采用全金属渐变结构，传输效率可以达到接近100%水平；采用水冷结构、通风风冷结构，可使同轴段、角锥渐变铝块温度降低，尽可能防止电极污染；采用屏蔽网、通风圆波导尺寸的选择，微波泄漏安全可控。

技术领域

本发明涉及微波等离子体增强化学气相沉积技术领域的波导同轴转换器，尤其是一种用于微波等离子体增强化学气相沉积装置，可支持微波高效率传输、低电极污染的矩形波导同轴转换器。

背景技术

近年来，在常规能源（煤、石油）供给的有限性和环境污染日益严重的双重压力下，以太阳能为代表的可再生能源在未来人类能源结构中占有越来越重要的地位。太阳能以其无污染、无运输、无垄断、维护简单、运行安全和永不枯竭等特点，被公认为是解决能源与环境两大问题的最佳选择之一。包括中美法德等国家都制定了中长期的发展计划，将太阳能光伏发电作为近中期主要替代能源和中长期的主体能源，太阳能光伏发电已成为世界发展最快的产业。

自20世纪50年代发明硅太阳能电池以来，人们为太阳能电池的研究、开发与产业化做出了很大努力。到目前为止，太阳能光电工业基本是建立在硅材料的基础上，晶体硅（单晶硅/多晶硅）作为太阳能电池材料一直保持着统治地位，但受原材料供给和市场需求的影响，成本居高不下，使其应用受到限制。这种情况使得新型薄膜太阳能电池发展尤为迅速。随着薄膜技术越来越成熟，在未来的市场份额中将大比例提升。非晶硅薄膜太阳能电池是Carlson 和Wronski等人在20 世纪70 年代中期发展起来的，80年代其生产曾达到高潮，约占全球太阳能电池总量的20％左右，虽然非晶硅太阳能电池存在光致衰减效应的缺点：光电转换效率会随着光照时间的延续而衰减，其发展速度曾一度逐步放缓，但由于其成本低、能量返还周期短、弱光响应性好和易于大面积自动化生产等优点使得非晶硅太阳能电池的发展越来越受到人们的重视。微波等离子体增强化学气相沉积法可以大面积、低温、均匀的在柔性衬底材料上生长膜层，而且容易掺杂，是一种具有较大应用前景的制备非晶硅薄膜的方法。

微波技术已在能源、医疗、环境保护等民用和军事等领域提出了较多的应用。特别的，在微波等离子体增强化学气相沉积法的应用中，微波作为等离子体激发源和加热源，具有不可替代的作用。在衬底材料上制备绝缘薄膜的过程中，膜层表面易发生电荷积累现象，这会减小膜层沉积的厚度和速率，微波等离子体增强化学气相沉积法可以克服绝缘薄膜表面的电荷积累缺陷，提升薄膜沉积速率。因此，微波等离子体增强化学气相沉积法（PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）在太阳能电池镀膜应用中具有较大的应用和市场前景。

阴生毅等人【新型微波ECR-PECVD装置的研制[J]，真空科学与技术学报，2004，24(1) :33-36】介绍了一台新型的ECR-PECVD装置。该装置实现微波电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积（ECR-PECVD）的机理为：频率为2.45 GHz的微波通过耦合窗进入谐振腔，在谐振腔内磁感应强度为875×10^-4 Torr的区域，电子的回旋频率等于微波频率，从而产生回旋共振，有效吸收微波能量，成为高能电子。这时通入反应气体，高能电子对其作用，即可使气体迅速产生电离并形成高度活化的等离子体。在发散磁场的作用下，产生的等离子体可被导入沉积室，从而对沉积室内的基片进行沉积。为提高装置的微波转换效率，通过计算机仿真微波场在等离子体室的分布，设计了三角形铜片结构的矩形耦合波导，来实现微波的高效率馈入。