MPCVD新型高功率谐振腔结构及方法与流程

本发明属于化学气相沉积金刚石，尤其涉及一种mpcvd新型高功率谐振腔结构及方法。

背景技术：

1、化学气相沉积(cvd)金刚石膜具有硬度高、导热性好、热膨胀系数小、光学和电学性能优异、声传播速度快、介电性能好等众多优点，使它在诸如红外光学窗口、高功率led、高功率及高频率电子和光电子器件与系统的散热器、高性能抗辐射探测器和传感器等领域有着广泛的应用前景。目前，人们最常用的制备金刚石的方法有热丝化学气相沉积法(hfcvd)、直流电弧等离子体喷射化学气相沉积(dc arc plasma jet cvd)法以及微波等离子体化学气相沉积(mpcvd)法三种。在这三种方法中，mpcvd法的特点在于金刚石沉积过程的控制性好、无放电电极的污染，是国际上用于制备高品质金刚石的首选方法。

2、在生长单晶或多晶钻石过程中，如果无法获得稳定的、能量集中的等离子体球，就无法获得稳定的cvd沉积效率，就会导致金刚石沉积的失败或产品瑕疵的增多。

3、现有的柱形腔mpcvd装置，仍然主要应用于低功率条件下，一般是6kw或以下的功率，当随着微波发生器功率的升高(如：8-10kw)，柱形腔体会产生场形畸变，沉积质量低的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种mpcvd新型高功率谐振腔结构及方法，以用于解决高功率(6-15kw)条件下普通柱形腔体场形畸变，沉积质量低的问题。为实现上述目的，采用的技术方案如下：

2、一种mpcvd新型高功率谐振腔结构，包括：

3、谐振腔壳体1；

4、谐振腔顶部斜面10，用于聚集透过石英窗11的微波，其朝向谐振腔壳体1的内部空间倾斜；

5、所述谐振腔顶部斜面10与谐振腔壳体1的端面连接，其围成的区域连通谐振腔壳体1围成的内部空间，其靠近石英窗11设置；

6、所述谐振腔顶部斜面10、谐振腔壳体1共同围成微波谐振腔室6；

7、及均匀布设的进气导口7，用于将混合气体通入所述微波谐振腔室6，其开设于谐振腔顶部斜面10并朝向微波谐振腔室6倾斜，以使得等离子体球5远离石英窗11。

8、优选地，所述谐振腔顶部斜面10的倾斜角度范围：30°～60°。

9、优选地，所述进气导口7的倾斜角度范围：0°～45°。

10、优选地，所述进气导口7的孔径范围：0.4mm-1.2mm。

11、优选地，所述谐振腔顶部斜面10的上部环线开始于耦合腔壳体8，且谐振腔顶部斜面10为倾斜环形面。

12、优选地，还包括：匀气管18，

13、所述匀气管18，用于通入混合气体至进气口进气导口7，其上开设与进气口进气导口7对应的气孔，每个气孔均与对应的进气口进气导口7连通。

14、优选地，所述微波谐振腔室6内设置样品沉积台3，样品沉积台3上放置沉积基板4，其包括冷切水系统16。

15、优选地，所述谐振腔壳体1上开设真空泵口14。4

16、一种mpcvd新型高功率谐振方法，包括以下步骤：

17、混合气体通入至进气导口7，混合气体在进气导口7和谐振腔顶部斜面10的共同作用下，其微波谐振腔室6内形成倾斜向下的均匀气流；

18、同时微波透过石英窗11进入微波谐振腔室6；

19、激发形成等离体球5的过程中，谐振腔顶部斜面10聚集微波、等离体球5远离石英窗11，使得后续微波在石英窗11处均匀透射。

20、与现有技术相比，本发明的优点为：

21、1、在传统的柱形腔上部，增加了过渡斜面即谐振腔顶部斜面10，使得微波谐振腔室6中的微波聚集，使得微波聚焦在沉积基板4的正上方。在沉积基板4的正上方激发混合气体以形成等离子体球5(由若干等离子体汇集而成)，从而保证了等离子体球5的沉积范围为整个沉积基板4。

22、2、在进气导口7和谐振腔顶部斜面10的协同作用一的作用下，解决普通柱形腔体场形畸变的问题。

23、协同作用一具体为：谐振腔顶部斜面10和进气导口7均向下倾斜使得等离体球5远离石英窗11，等离子体不会沉积在石英窗11，石英窗11的清晰度不会减弱，从而使得后续微波在石英窗11的透射均匀。

24、因此，进入微波谐振腔室6内的微波其电场分布均匀，从而解决普通柱形腔体场形畸变的问题。

25、3、在进气导口7和谐振腔顶部斜面10的协同作用二的作用下，等离体球5的沉积质量提高。协同作用二具体的：进入微波谐振腔室6内微波在谐振腔顶部斜面10作用下聚焦在沉积基板4的正上方且，混合气体经均匀分布的进气导口7均匀投射至微波谐振腔室6，从而提高了等离体球5的沉积质量。

26、即等离体球5的沉积质量，是指等离体球5在沉积基板4上的沉积膜面积和均匀度。

27、其中，微波聚焦在沉积基板4的正上方，保证了沉积范围为整个沉积基板4。

28、而微波能量分布均匀、混合气体分布均匀，可获得均匀分布的等离子体(较均匀的电场能够让金刚石薄膜能够以均匀的速率生长)，从而实现了等离子体后续在沉积基板4上均匀沉积。

29、由此，基于以上协同作用，在高功率条件下，改善了电场场型分布，提高了沉积质量。

技术特征：

1.一种mpcvd新型高功率谐振腔结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的mpcvd新型高功率谐振腔结构，其特征在于，所述谐振腔顶部斜面(10)的倾斜角度范围：30°～60°。

3.根据权利要求1所述的mpcvd新型高功率谐振腔结构，其特征在于，所述进气导口(7)的倾斜角度范围：0°～45°。

4.根据权利要求1所述的mpcvd新型高功率谐振腔结构，其特征在于，所述进气导口(7)的孔径范围：0.4mm-1.2mm。

5.根据权利要求3所述的mpcvd新型高功率谐振腔结构，其特征在于，所述谐振腔顶部斜面(10)的上部环线开始于耦合腔壳体(8)，且谐振腔顶部斜面(10)为倾斜环形面。

6.根据权利要求1所述的mpcvd新型高功率谐振腔结构，其特征在于，还包括：匀气管(18)，

7.根据权利要求1所述的mpcvd新型高功率谐振腔结构，其特征在于，所述微波谐振腔室(6)内设置样品沉积台(3)，样品沉积台(3)上放置沉积基板(4)，其包括冷切水系统(16)。

8.根据权利要求1所述的mpcvd新型高功率谐振腔结构，其特征在于，所述谐振腔壳体(1)上开设真空泵口(14)。

9.一种mpcvd新型高功率谐振方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明提出了一种MPCVD新型高功率谐振腔结构及方法，该结构包括：谐振腔壳体；谐振腔顶部斜面，用于聚集透过石英窗的微波，其朝向谐振腔壳体的内部空间倾斜；谐振腔顶部斜面与谐振腔壳体的端面连接并连通谐振腔壳体围成的内部空间，其靠近石英窗设置；谐振腔顶部斜面、谐振腔壳体共同围成微波谐振腔室；及若干进气导口，用于将混合气体通入微波谐振腔室，其开设于谐振腔顶部斜面并朝向微波谐振腔室倾斜，以使得等离子体球远离石英窗。本发明解决了高功率条件下普通柱形腔体场形畸变，沉积质量低的问题。技术研发人员：张俊生,胡常青,张勇受保护的技术使用者：铂世光（上海）技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1