[发明专利]一种卵圆形微波等离子体金刚石膜沉积装置

说明书

本发明公开了一种卵圆形微波等离子体金刚石膜沉积装置，谐振腔体为卵圆形，波导和短路活塞设置在谐振腔体的顶部，同轴天线贯穿波导和谐振腔体的顶端，通过同轴天线将微波能量耦合进谐振腔体，同轴天线可上下移动；边缘沉积台设置在谐振腔体的中下部，可上下移动，中心沉积台设置在边缘沉积台的中间，可上下移动；石英钟罩设置在边缘沉积台，罩在中心沉积台上；进气管穿过谐振腔体的侧面和石英钟罩的顶部将气体送入石英钟罩；出气口设置在边缘沉积台，在中心沉积台的旁边。本发明有效解决了现有技术中存在的微波输入功率较低、缺少完善的调节措施、部件距离等离子体太近等问题。

技术领域

本发明属于金刚石膜的化学气相沉积技术领域，涉及一种卵圆形微波等离子体金刚石膜沉积装置。

背景技术

金刚石膜材料具有众多的优异性能，包括极高的硬度和弹性模量、极高的室温热导率、宽的光谱透过范围、极高的击穿电场强度、高的载流子迁移率等等。因此，金刚石膜在现代技术的各个领域中有着广泛的应用前景，而以较高的速率沉积高品质的金刚石膜材料是工业界长期追求的目标。

利用微波产生等离子体，进而沉积金刚石膜的方法是目前被用来沉积高品质金刚石膜的主要方法。而为了能够以较高的速率沉积高品质的金刚石膜材料，第一需要设法提高微波等离子体金刚石膜沉积设备的输入功率，第二需要通过设计优化，特别是通过实时调节获得微波谐振腔对输入微波功率的最佳耦合。

经过20年左右的努力，人们已经设计出了多种微波等离子体金刚石膜沉积设备，这其中包括石英管式、石英钟罩式、不锈钢圆柱谐振腔式，椭球谐振腔式以及不锈钢非圆柱谐振腔式等多种微波等离子体金刚石膜沉积设备。

在上述的各种微波等离子体金刚石膜沉积设备中，多数设备都将起输入微波能量作用的石英管、石英罩以及石英窗设计在了等离子体附近。这样做带来的问题是这些设备允许输入的微波功率不能太高，否则就会造成微波激发的等离子体的体积增加，其与石英管、石英罩或石英窗接触之后很容易造成后者损坏的问题。

在上述各种类型的微波等离子体金刚石膜沉积设备中，不锈钢非圆柱谐振腔式的微波等离子体金刚石膜沉积设备巧妙地将石英窗设计在了远离等离子体的位置处，因而这种设备可以允许输入较高的微波功率。但另一方面，其谐振腔的形状较为复杂，因而对这种谐振腔不能象对其他简单形状的谐振腔那样方便地予以调节。因此，这种设备对谐振腔中微波电场和相应产生的等离子体缺乏实时的调控手段。

为了既能使石英窗远离等离子体，又能对谐振腔进行实时的调节，现有技术中还有两种技术方案，一种方案提出了将沉积台和微波激励部分做成相互平行的板状结构的方法，使沉积台的高度能够随意调节，以实现对谐振腔的调节。但这种方法使其所产生的等离子体与微波激励部分相接触，引起的微波能量损失较大。

另一种方案提出了将微波激励部分做成有一定尺寸L1、L2的凹面形状，既使等离子体不与微波激励部分接触，又可改变沉积台的高度而实现对于谐振腔的调节。但这一设计仍存在两个缺陷。第一，该设计使呈凹面状的微波激励部分不能再被直接水冷，而这又会妨碍微波输入功率的提高。第二，该设计只能做到调节沉积台的高度，因而对谐振腔的调节作用有限。

发明内容

为解决现有技术中至少存在的以下缺陷：应用中容易在顶盖挡板部分积碳，不利于金刚石的生长；等离子体密度较低，沉积的金刚石膜面积较小；装置冷却效率较低，不利于提高微波输入功率。本发明的目的在于提供一种卵圆形微波等离子体金刚石膜沉积装置，技术方案为：

一种卵圆形微波等离子体金刚石膜沉积装置，包括同轴天线、谐振腔体、石英钟罩、出气口、中心沉积台、边缘沉积台、观察窗、进气管、波导和短路活塞，其中，