[发明专利]一种多功能金刚石薄膜的热丝化学气相沉积装置

说明书

本发明涉及金刚石膜生长领域，尤其涉及一种多功能金刚石薄膜的热丝化学气相沉积装置。该装置主要包括：绝缘层一、导电层一、内孔工件、气体喷淋头、热丝一、气体喷淋环、热丝二、基片、导电层二、绝缘层二、反应腔体、外部气源、直流加热电源二、直流加热电源一、偏压电源一、偏压电源二、调速电机、抽真空系统、水冷样品台二、水冷样品台一、真空测控系统等。本发明既可以实现在工件内孔快速、均匀沉积金刚石薄膜，又可以实现在大面积基片上快速、均匀沉积金刚石薄膜，沉积时反应气体消耗量低，沉积过程中能测控热丝的温度、工件表面的温度和反应腔内的压强，能准确控制金刚石薄膜沉积各项主要工艺参数，工艺重复性好。

技术领域

本发明涉及金刚石膜生长领域，尤其涉及一种多功能金刚石薄膜的热丝化学气相沉积装置。

背景技术

CVD(化学气相沉淀)金刚石薄膜因具有天然金刚石的高硬度、高热导率、低摩擦系数和低热膨胀系数等诸多优异的性能，而被誉为21世纪最具有发展前途的新型涂层材料。

工业生产中一些核心工件的内孔要求有很高的尺寸精度、表面光洁度和表面硬度，采用非常稀少、昂贵的大颗粒金刚石单晶制作工件是不可能的，目前国内绝大多数场合都会采用硬质合金制作相应的工件，但是这些工件在使用过程中内空容易磨损，工作寿命短，使用效果不理想。从价格和使用效果两方面考虑，比较理想的做法是在硬质合金工件内孔表面涂覆一层均匀的、附着力满足工况要求的金刚石薄膜。

另外，金刚石膜用作电极在电化学合成和污水处理方面应用广泛，但是现今的金刚石薄膜面积不够大，反应生成产物检测、及处理效果上不是很不明显，限制它的广泛研究应用。为了实现金刚石薄膜的产业化应用与发展，在金刚石薄膜制备技术上；追求高速大面积优质的沉积方法已成为各国竞相开发研究的重点，已是众多金刚石薄膜科技工作者十分关注的发展方向之一。小功率CVD薄膜沉积系统沉积面积小，沉积速率低，而且受温度场边缘效应的影响膜厚分布不均匀，难以实现工业级的应用，因此在已有的系统设备的基础上，研制大面积热丝CVD金刚石薄膜生长装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能金刚石薄膜的热丝化学气相沉积装置，既能在工件内孔均匀、高速率、高气体利用率、主要工艺参数可控的沉积金刚石薄膜，又能在基片表面大面积、均匀、高速率、主要工艺参数可控的沉积金刚石薄膜。

本发明的技术方案是：

一种多功能金刚石薄膜的热丝化学气相沉积装置，该装置包括：绝缘层一、导电层一、内孔工件、气体喷淋头、热丝一、气体喷淋环、热丝二、基片、导电层二、绝缘层二、反应腔体、外部气源、水冷样品台一、水冷样品台二，具体结构如下：

装置设有密闭的反应腔体，反应腔体内按功能分成上下两部分：上部分在内孔工件内部沉积金刚石薄膜，下部分在基片上沉积金刚石薄膜；反应腔体上部分的一侧设有气体喷淋头，气体喷淋头通过管路与外部气源连接；反应腔体内上部设有中空的水冷样品台一，水冷样品台一的中空部分由外向内依次设有绝缘层一、导电层一、内孔工件、热丝一；反应腔体内中部设有气体喷淋环，气体喷淋环通过管路与外部气源连接，气体喷淋环下方于反应腔体内的中下部，沿水平方向平行依次布置热丝二、基片、导电层二、绝缘层二、水冷样品台二，热丝二位于气体喷淋环下方与基片上方之间，基片、导电层二、绝缘层二叠放于水冷样品台二上。

所述的多功能金刚石薄膜的热丝化学气相沉积装置，反应腔体上部分的另一侧设有真空测控系统，真空测控系统通过真空探头伸至反应腔体内。

所述的多功能金刚石薄膜的热丝化学气相沉积装置，绝缘层一、导电层一、内孔工件为环形结构依次接触，热丝一穿设于内孔工件中心且不与内孔工件接触。

所述的多功能金刚石薄膜的热丝化学气相沉积装置，水冷样品台二通过转轴与外部调速电机相连接。