[发明专利]等离子体化学气相沉积系统及方法

说明书

本发明是关于一种等离子体化学气相沉积系统。该沉积系统包括等离子体沉积装置，该等离子体沉积装置包括等离子体炬和沉积室。该沉积系统还包括：尾气循环装置、新鲜气体供给装置和在线监控装置，该尾气循环装置一端连接于沉积室的排气口，另一端连接于等离子体炬的进气口；该新鲜气体供给装置，连接于等离子体炬的进气口；该在线监控装置用于实时检测气体组分、温度、沉积室压力及沉积基体温度。本发明还提出了一种等离子体化学气相沉积方法。本发明方法将等离子体化学气相沉积系统排放的气体经简单处理后进行气体循环使用，克服现有技术气体消耗较大的问题，大大降低气体成本，同时保证沉积系统的稳定性。

技术领域

本发明属于化学气相沉积制备领域，特别是涉及一种封闭式等离子体化学气相沉积系统及方法。

背景技术

传统的等离子体化学气相沉积系统气路普遍为封闭直排式或半开放式。封闭直排式多用于低压工艺，即所有的生产用气，包括反应气体(如氢、甲烷等)、辅助电离气体(如氩、氧气等)等，经过质量流量控制器进入等离子炬，在直流电弧的作用下，气体被分解、电离，进而喷射进入沉积室内产生化学反应，反应完毕的气体通过各种方式直接排出沉积系统。在该沉积系统中，为了使等离子电弧能够稳定的旋转，并把尽量多的能量带入反应室，必须保证等离子炬有足够多的工质气体流过，而且所有的气体都只能使用一次。在所使用的工质气体中，大部分气体的作用是保护等离子炬的阴极或炬管，并可使电弧保持稳定，并且其用量很大，成本也较为昂贵，在反应过程的前后基本没有发生变化。将这些气体直接排出会产生极大浪费，并大幅增加生产成本。

对于半开放式等离子体化学气相沉积系统，一般在正常大气压下即可工作，对沉积室的密封程度要求不高，因此其对设备要求相对较低。该工艺反应完毕的气体同样直接排出沉积系统，造成大量的气体浪费。另外，由于其半开放式结构导致沉积部位与大气直接联通，难以避免外部杂质的污染，并且，外部气压的波动直接导致沉积气氛不够稳定，影响制备材料的稳定性。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种等离子体化学气相沉积系统及方法，所要解决的技术问题是使其实现气体的循环利用，大大降低生产成本，同时控制沉积室内气体组分、压力稳定性，以保证沉积系统的稳定性及沉积质量。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

依据本发明提出的一种等离子体化学气相沉积系统，包括等离子体沉积装置，所述等离子体沉积装置包括等离子体炬和沉积室；

所述等离子体化学气相沉积系统还包括：

尾气循环装置，一端连接于所述沉积室的排气口，另一端连接于所述等离子体炬的进气口，用于循环利用等离子体化学气相沉积反应后的尾气，其中，所述尾气循环装置包括尾气净化设备和尾气排出设备；

新鲜气体供给装置，连接于所述等离子体炬的进气口，用于为所述等离子体炬供给新鲜气体；

在线监控装置，用于实时检测气体组分、温度、沉积室压力及沉积基体温度，并根据检测的数值来控制新鲜气体流量和抽气阀门开度，以保持沉积气体组分及压力的稳定。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的等离子体化学气相沉积系统，其中所述气体净化设备包括：第一气体净化设备，用于去除尾气中的腐蚀性气体，并用于降温。

优选的，前述的等离子体化学气相沉积系统，其中所述气体净化设备还包括：

第二气体净化设备，用于去除尾气中的粉尘和油雾；和/或，

第三气体净化设备，用于去除尾气中的微颗粒。

优选的，前述的等离子体化学气相沉积系统，其中所述等离子体化学气相沉积系统还包括：

第一流量控制器，设在所述尾气循环装置上，用于控制反应后的尾气的循环量；