[发明专利]微单元阵列和双边极板耦合空心阴极气相沉积装置与方法

说明书

一种微单元阵列和双边极板耦合空心阴极气相沉积装置与方法，属于半导体材料制备领域。具体包括极板一、极板二、极板三、进气口、抽气口、排气口、冷却水口、底座以及各极板对应的电源，其中极板一与电源一、极板二与电源二、极板三与电源三的负极连接，所有电源正极接地，另外极板一和极板三用于固定样品且均设置有循环冷却水。将基片固定在极板一、极板三上后关闭腔室，向腔室中通入氢气，随后调节电源输出电压，并通入甲烷气体，在极板上沉积大尺寸金刚石薄膜。该装置利用来自微单元阵列产生的空心阴极辉光和双边极板产生的空心阴极辉光耦合，促使气体分子剧烈离化，极大的提高气体离化效率，有利于实现快速、高效的沉积大面积金刚石散热板。

技术领域

本发明属于半导体材料制备领域，具体涉及一种微单元阵列和双边极板耦合空心阴极化学气相沉积装置与方法。

技术背景

金刚石具有优异的热学性质，使其在半导体激光器、集成电路、固体微波器件等领域获得了非常重要的应用，然而要实现大规模工业化应用则必须要解决成本高、质量低和面积小等问题。传统热沉金刚石自支撑膜采用热丝CVD法、微波等离子体CVD法、直流电弧等离子体喷射CVD法等来制备，但以上各种方法或面临着设备昂贵、工艺复杂的问题，或面临着产品质量低下、面积有限等问题，这些问题严重限制了金刚石散热领域的发展。其中，热丝CVD法面临着热丝碳化、热丝变形甚至热丝断裂等问题(Carbon,187(2022),396-403)，微波等离子体CVD法面临着设备昂贵、工艺复杂，而且存在所得金刚石膜尺寸有限、沉积速率低下等问题，直流电弧等离子体喷射CVD法面临着工艺和设备极其复杂、成本高昂等问题(Diamond and Related Materials,20,1287-1301.(2011))。本发明设计更加合理的装置与方法，利用来自微单元阵列产生的空心阴极辉光和双边极板产生的空心阴极辉光耦合，促使气体分子剧烈离化，极大的提高气体离化效率，实现快速、高效的沉积大面积金刚石散热板。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提出一种微单元阵列和双边极板耦合空心阴极化学气相沉积装置与方法，该装置利用来自微单元阵列产生的空心阴极辉光和双边极板产生的空心阴极辉光耦合，促使气体分子剧烈离化，极大的提高气体离化效率，快速、高效的沉积大面积金刚石散热板。为了达成上述目的，本发明的技术方案为：

一种微单元阵列和双边极板耦合空心阴极气相沉积装置，其特征在于该装置横向轴线方向布置有极板一、极板二、极板三。极板一、极板二、极板三依次与电源一、电源二、电源三负极连接，所有电源均可为直流电源、射频电源或脉冲电源，且所有电源正极均与腔室导电连接，腔室接地，其中极板一和极板三还可左右移动，以调节与极板二之间的距离。在放电过程中极板二阵列分布的贯穿微单元产生的空心阴极效应和极板一与极板二之间、极板三与极板二间产生的空心阴极效应共同给极板一和极板三加热，气体经过微单元阵列产生的空心阴极辉光和双边极板产生的空心阴极辉光被剧烈地离化，在极板一和极板三上实现快速、高效的沉积大面积金刚石散热板。

进一步地，所述极板二厚度为5-15mm，其表面阵列分布有贯穿微单元，微单元图案除图1所示船形以外，还可以为椭圆形、圆形、方形等，本发明以图1所示船形为例：微单元横向最小间距和纵向最小间距均为5-15mm，船形两头半圆直径5-15mm，船形中间为正方形。

进一步地，所述极板一和极板三均为钼制且设置有水冷层，这两个极板参与放电过程并用于基片的固定，且这两个极板在轴向位置可调；极板二所用材料为金属钽。

进一步地，所述极板一连接电源一负极，极板二连接电源二负极，极板三连接电源三负极，电源正极均连接腔室，腔室接地，其中三个电源均可为直流电源、射频电源或脉冲电源。

本发明采用如上所述装置微单元阵列和双边极板耦合空心阴极气相沉积的方法，其特征在于主要工作过程如下：