[实用新型]一种微波射频等离子体化学气相沉积装置

说明书

本实用新型涉及微波等离子体气相沉积技术领域，具体涉及一种微波射频等离子体化学气相沉积装置，包括腔体，所述腔体从上至下依次设置有：电离部，包括电离腔和从上到下依次设置于电离腔顶部的点火装置、进气口和压缩形波导管；气相沉积部，包括气相沉积腔和绕设于气相沉积腔外壁的射频线圈；取放样部，包括取放样腔，所述取放样腔设置有取放样窗口；基台，升降设置于所述腔体内。本实用新型的装置通过设置压缩形波导管配合射频点火装置使反应气体产生电感耦合等离子体效应形成等离体子火炬，并且利用射频线圈来提高等离子体火炬的温度，极大的降低了化学气相沉积生长金刚石过程中的能量消耗，极大的提升了金刚石的生长速率。

技术领域

本实用新型涉及微波等离子体气相沉积技术领域，具体涉及一种微波射频等离子体化学气相沉积装置。

背景技术

自1792年发现金刚石是由碳组成的物质之后，人们便持续对其进行人工合成机制的研究，直到1954年，美国GE公司发现在1700℃的高温和9.5GPa的高压下，石墨经铁基触媒可以转变成金刚石，从此高温高压(HPHT)合成金刚石甚至大单晶金刚石规模化地发展起来了。两年后的1956年，俄罗斯发现了又一截然不同的方法：低温低压气相合成金刚石。1982年Matsumto等人发明了化学气相沉积即CVD法生长金刚石薄膜后。到目前已经开发出很多种CVD法生长金刚石薄膜的装置及工艺，其中主要有：热丝法、微波法和氧气-乙炔燃烧火焰法。

目前，国内采用微波等离子体化学气相沉积法，均采用降低微波频率和增大生长腔体尺寸的方法来实现大面积金刚石薄膜的生长，采用提高微波源功率及甲烷浓度的方法来实现金刚石的快速生长。例如，公开号为CN 106011781 A的中国专利公开的“一种增大金刚石膜沉积的方法”，采用使基片在样品台上做四边形运动的方法来增大金刚石膜的沉积面积。公开号为CN 201947524 U的中国专利公开的“大面积高功率微波等离子体环形微波腔及其构成的装置”，采用75kW的微波源，扩大反应腔体，从而使得金刚石的沉积面积达到但是其生长速率只有4.1μm/h。

上述公开的方法能有效的扩大金刚石膜的沉积面积，主要依靠加大微波功率和移动基片台加大沉积面积，但金刚石膜生长速率低。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种微波射频等离子体化学气相沉积装置，通过设置压缩形波导管产生电感耦合等离子体效应，并且利用射频线圈来提高等离子体温度，极大的降低了化学气相沉积生长金刚石过程中的能量消耗，能够有效提升金刚石生长速率。

实现本实用新型的目的采用以下技术方案：一种微波射频等离子体化学气相沉积装置，包括腔体，所述腔体从上至下依次设置有：

电离部，包括电离腔和从上到下依次设置于电离腔顶部的点火装置、进气口和压缩形波导管，所述压缩形波导管连通有微波源；

气相沉积部，包括气相沉积腔和绕设于气相沉积腔外壁的射频线圈，所述射频线圈的两端分别连接射频电源和所述点火装置；

取放样部，包括取放样腔，所述取放样腔设置有取放样窗口；

基台，升降设置于所述腔体内。

优选地，所述压缩形波导管的前端设置有阻抗螺钉和环形器。

优选地，所述气相沉积腔的外壁围设有第一冷却装置，所述取放样腔的外壁围设有第二冷却装置。

优选地，所述微波源的工作频率为2.45GHz，功率为0-1000W。

优选地，所述射频电源的工作频率为25KHz，功率为0-1000W。

优选地，所述射频线圈等距离绕设于所述气相沉积腔的外壁的上半部。

优选地，所述基台包括均匀散气台、设置于均匀散气台顶部的基片台、设置于均匀散气台底部的升降柱。