[发明专利]一种带有锥形反射顶面的多模非圆柱谐振腔MPCVD装置

说明书

本发明公开了一种带有锥形反射顶面的多模非圆柱谐振腔MPCVD装置，解决现有谐振腔结构限制金刚石合成功率低、生长速度慢的技术问题。本发明包括用于微波发射的微波发生装置，以及与微波发生装置相连接用于金刚石合成的生长腔体；生长腔体内设有环形石英窗，环形石英窗上方设有水冷铜台天线，水冷铜台天线上方设有用于放置金刚石晶体的螺纹钼台，螺纹钼台上方设有等离子体，生长腔体内顶面设有锥形反射面。本发明结构简单、设计科学合理、使用方便，可极大增强微波功率，提高生长速度，还能极大降低等离子体刻蚀所造成的硅污染。

技术领域

本发明属于金刚石加工技术领域，具体涉及一种带有锥形反射顶面的多模非圆柱谐振腔MPCVD装置。

背景技术

当今，金刚石已被广泛的应用在国防、工业、科技、医疗卫生等各个领域。它具有其他材料无法比拟的优异性能，使其成为当今世界上最优秀的全方位材料之一，在许多工业领域中起着不可替代的作用。然而天然金刚石储量少，并且开采困难，品质不稳定，不能满足工业领域甚至消费领域的需要。

MPCVD法合成金刚石是上个世纪80年代发展起来的一种制备高品质金刚石的新型方法，微波放电区域集中不发散，所以避免了电极放电和腔体壁造成对外延金刚石膜的污染。MPCVD法合成金刚石技术的出现，成功解决了污染、以及金刚石生长尺寸等问题。

目前MPCVD法制备的金刚石单晶材料几乎实现了天然金刚石的全部特征，因此，MPCVD法是目前使用最多的合成高品质金刚石的方法。但是，目前常用的MPCVD功率在6kw甚至更小，这主要是由于微波谐振腔的结构所导致。较大的微波功率会使得等离子体的刻蚀作用增强，造成了石英窗口的刻蚀。刻蚀出来的硅原子会生长到金刚石的内部，降低了金刚石的性能。同时，此类腔体尺寸较小，且距离等离子体较近，容易在腔壁上形成沉积物，长期使用，沉积物的剥落会造成金刚石表面的杂质污染。尽管降低功率能够避免上述情况的发生，但是也具有明显的缺点，合成效率低、生长速度慢、沉积面积小等。

因此，本发明提供了一种带有锥形反射顶面的多模非圆柱谐振腔MPCVD装置，解决现有谐振腔结构限制金刚石合成功率低、生长速度慢的技术问题，可极大增强微波功率，提高生长速度，还能极大降低等离子体刻蚀所造成的硅污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种带有锥形反射顶面的多模非圆柱谐振腔MPCVD装置，解决现有谐振腔结构限制金刚石合成功率低、生长速度慢的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种带有锥形反射顶面的多模非圆柱谐振腔MPCVD装置包括用于发射微波的微波发生装置，以及与微波发生装置相连接用于金刚石合成的生长腔体；生长腔体内设有环形石英窗、位于环形石英窗上方的水冷铜台天线、位于水冷铜台天线上方用于放置金刚石晶体的螺纹钼台、以及位于螺纹钼台上方的等离子体，生长腔体内顶面设有锥形反射面。

进一步地，锥形反射面位于等离子体的正上方。

进一步地，锥形反射面与生长腔体之间设有一个真空腔室。

进一步地，真空腔室内设有进气通道，进气通道内设有进气管，进气管一端与外界储存工艺气体的气瓶相连接，另一端与生长腔体相连通。

进一步地，生长腔体侧壁开设有便于观察内部等离子体形态和金刚石生长状况的观察窗。

进一步地，观察窗有两个、并且分别关于生长腔体对称分布。

进一步地，观察窗上密封设有耐高温玻璃。

进一步地，微波发生装置包括微波头、与微波头相连接的环形器、与环形器相连接的波导管、以及分别与波导管和生长腔体相连接的模式转换器。

进一步地，波导管内设有用于实现阻抗匹配的三销钉。

进一步地，模式转换器内设有同轴线、以及用于实现阻抗匹配的短路活塞。