[实用新型]一种单阴极多级直流弧放电等离子体发生装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种单阴极多级直流弧放电等离子体发生装置，属于直流弧放电等离子体技术领域。

背景技术

目前许多国家，尤其是工业发达国家，高度重视太阳能及其它可再生能源的发展。处于太阳能电池产业链前端的制造设备(包括材料提纯硅片制造设备、电池制造的PECVD设备、组件制造设备及相关的检测仪器等)随着太阳能电池产业的兴起得到了长足发展，其中市场最大、用量最多的PEVD制造设备的发展尤为迅速。

PECVD设备中最关键、最核心的部件是等离子体源，它直接决定了太阳能电池的产能、自动化程度以及电池的有效使用面积。随着太阳能电池市场的迅猛发展，对等离子体源品质的要求也越来越高，特别是对其低能和高密度的要求。目前市场上广泛使用的是射频等离子体源，这种等离子体源在提高等离子体密度的同时，必须增加射频电源的电压，但这样做会造成鞘层电势和轰击到基片上离子的能量也将随之增加，而高能量的离子的轰击将导致沉积薄膜的溅射和薄膜的损伤。因此，现有的等离子体发生器的使用效果还不够理想。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足而提供一种单阴极多级直流弧放电等离子体发生装置，该装置既能保证产生高密度等离子体、又能保证低能以降低等离子体中离子对薄膜的溅射和损伤，并且操作和维护方便、使用寿命长。

为达到上述目的，本实用新型采用的解决方案是：该等离子体发生装置包括放电腔室、阴极和阳极，阳极接地，阴极与直流电源连接，阴极为钨阴极，共一根，插装在放电腔室的顶部中央，其尖端部分位于放电腔室中，在放电腔室的底部设有绝缘层，在绝缘层下设有水冷铜板，绝缘层-水冷铜板交错叠加5-8次，各绝缘层和水冷铜板的中心孔连通构成放电通道，在第一个水冷铜板内设有供气体源进入的气体源接口，设有拉瓦尔喷嘴的阳极安装在最下面绝缘层的下方。

所述钨阴极钨阴极与水冷铜阴极连接并套装在绝缘套内，并通过绝缘套插装在放电腔室的顶部中央，钨阴极位于水冷铜阴极的下方，铜阴极上设有进水口和出水口，其上部设有与直流电源连接的接头。

在上述放电腔室的外壁上缠绕有多圈冷却铜管，冷却铜管设有进水口和出水口。

在上述阳极内设有冷却水循环通道。

本实用新型是利用直流弧放电使气体电离而产生等离子体，其基本原理是：工作气体进入等离子体源放电室，阴极通过场致效应发射电子，在外加电场加速下电子轰击气体原子引起电离，形成等离子体电弧放电。该源具有等离子体密度和离子能量可以独立控制、等离子体密度、电子和离子温度高、等离子体分布均匀等优点。本实用新型是通过钨阴极产生电子，这些阴极电子在电场加速下获得能量而与气体发生碰撞从而电离、激发气体产生等离子体，继而通过一个放电通道到达阳极。因此本实用新型与传统的射频等离子体源相比，能有效地得到高密度等离子体。另外本实用新型所采用的组合式阴极能通过冷却水对其进行有效的冷却，可降低阴极材料的耗损。综上所述，本实用新型与现有技术相比，不仅能保证产生均匀和稳定性良好的高密度等离子体，而且能保证降低等离子体中离子对薄膜的溅射和损伤，同时还具有操作和维护方便、使用寿命长等优点。本实用新型特别适合进行快速PECVD薄膜沉积使用。

附图说明

图1为本实用新型的主视图。

图2为本实用新型的俯视图。

图3为本实用新型的剖视图。

图中：1-冷却铜管进水口    2-钨阴极    3-绝缘套4-水冷铜阴极    5-放电腔室    6-冷却铜管出水口    7-绝缘层8-气体源进入通道    9-阳极    10-水冷铜板    11-水冷铜阴极进水口    12-水冷铜阴极出水口    13-冷却水循环通道进水口14-冷却水循环通道出水口    15-放电通道    16-拉瓦尔喷嘴17-冷却铜管    18-冷却水循环通道

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1、图2、图3所示，本实用新型主要由放电腔室5、阴极2、阳极9、绝缘层7、水冷铜板10、冷却铜管17、水冷铜阴极4和绝缘套3组成，阴极2采用铈钨阴极材料制成，共一根，钨阴极2(其尖端直径为1-2毫米)与水冷铜阴极4位于放电腔室5内的下端连接并套装在绝缘套3内，再通过绝缘套3插装在放电腔室5的顶部中央，在水冷铜阴极4上设有能方便与直流电源连接的接头。放电腔室5由无氧纯铜材料制成，在它的底部安装有绝缘层7，绝缘层7的材料为氮化硼，在绝缘层7下安装水冷铜板10，铜板厚度为10毫米，绝缘层-水冷铜板交错结构重复7次，各绝缘层7和水冷铜板10上下叠加在一起，其各自的中心孔连通构成放电通道15，放电通道15的内壁采用钼、钨等高熔点材料，外壁采用中空的水冷铜板。在第一个水冷铜板10的内部设有反应气体源接口8，该接口8与放电通道15接通。阳极9连接在最下面一层绝缘层7下，阳极9接地并设有拉瓦尔喷嘴16。为了减少阴极材料的烧蚀，除采用设有进水口11和出水口12的水冷铜阴极4外；还在放电腔室5的外壁缠绕有设有进水口1和出水口6的水冷铜管17；为了更好地冷却阳极9，在阳极9的内部设有一个冷却水循环通道18，该冷却水循环通道18通过进水口13和出水口14与外部冷却水源连接。