[发明专利]用于微波等离子体辅助沉积的模块化反应器

说明书

本发明涉及一种用于制造合成金刚石的微波等离子体辅助沉积模块化反应器(1)，所述反应器的特征在于它包括至少三个调制元件，所述调制元件选自：‑冠部(450)，适于定位在第一外壳部分(430)和第二外壳部分(440)之间；‑基质保持器模块(500)，能够垂直平移和旋转移动，与四分之一波(501)接触并包括至少一个流体冷却系统(520)；‑托盘(900)，能够垂直平移移动，以改变所述谐振腔(41)的形状和体积，并包括允许气体通过的通孔(911)；‑气体分配模块(100)，包括可移除的气体分配板(110)和支撑装置(120)，所述可移除的气体分配板包括内表面(111)、外表面(112)和在所述表面(111,112)之间形成能够传导气体流的通道的多个气体分配喷嘴(113)，所述支撑装置连接到冷却系统并适于容纳所述可移除的气体分配板(110)；和‑基质冷却控制模块(300)，包括可移除的热阻气体注入装置(330)。

技术领域

本发明涉及通过微波等离子体辅助沉积进行金刚石合成的领域。本发明涉及一种用于微波等离子体辅助沉积的模块化反应器，其包括至少三个调制元件，这三个调制元件允许调节以便针对所实现的生长的不同目标和这些反应器的维护需求优化反应器配置。本发明还涉及通过这种反应器进行的金刚石合成方法和构成这种反应器的调制元件。

背景技术

由于其机械、光学、热学、电子和化学性质，合成金刚石越来越多地用于工业中。

因此，它被发现是许多产品的基本部件，例如光学窗口、切割工具、辐射探测器、电极，但也在诸如热漏(thermal drain)的电子器件中是基本部件，并且在电力电子领域的应用非常有前景。

今天，有一种趋势是增加微波等离子体辅助沉积反应器的尺寸，以便增加在一个实验中产生的多晶层的尺寸或可以产生的金刚石单晶的数量，这尤其是为了实现规模经济。

本领域技术人员知道用以将生长条件调整到所追求的目标的许多变量的影响和相互依赖性。在金刚石层的沉积和生长阶段期间，本领域技术人员已知变量和参数，例如压力、功率、一个或多个基质的温度、注入气体的浓度和成分、它们在反应器内的分布、电磁传播、一个或多个基质的位置和尺寸、它们与等离子体的距离，对金刚石层的生长产生影响。

类似地，本领域技术人员已知反应器的物理特征，其设计，其一个或多个腔的形状，以及构成它的材料，微波和气体注入系统或冷却系统的位置、设计和尺寸等，影响金刚石层的特性，但也影响上述参数(Kobashi等，Diamond and Related Materials 12,2003,233-240；Ando Y等，Diamond and Related Materials，11,2002,596-600；Mesbahi等，Journal of Applied Physics 2013，vol 46，n°38,2013)。因此，许多文章提到了等离子体反应器中金刚石沉积方法的复杂性，因为需要考虑多种参数，需要采用简化数据和减少变量的模拟模型(Gicquel等，Diamond and Related Materials，1994，vol3，Issue 4-6,581；Gicquel等，Current Applied Physics，vol1 Issue 6,479,2001；Hassouni等，Journal ofApplied Physics，vol 86 Issue 1，pages：134-1999；Hassouni等，Journal of Physics DJournal of Applied Physics，vol 43 Issue：15,2010；Goodwin等，J.Appl.Phys.74(11)1993；Kobashi等，2003 Diamond and Related Materials，12,233-240；Mankelevich等，Journal Of Applied Physics，104,2008)。

因此，由于它们的数量和复杂性，导致金刚石层沉积和生长的因素仍然由本领域技术人员仅部分地控制，他们必须求助于简化模型，尽管模型可以演变，以概念化和建造反应器并开展行动。