一种微波等离子体化学气相沉积金刚石膜的装置的制作方法

本实用新型涉及金刚石膜技术领域，具体为一种微波等离子体化学气相沉积金刚石膜的装置。

背景技术：

金刚石是一种特殊的物质材料，不仅具有非常稳定的化学性质，而且硬度在固体材料中最高。金刚石的半导体特性也十分突出，其晶体结构类型与硅相同，因而可以通过掺杂形成半导体材料。将金刚石沉积到一定的基体材料上制作金刚石膜，最常见的方法是化学气相沉积法(CVD)，包括热丝化学气相沉积、微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)、燃烧火焰法、直流等离子体喷射法等。

目前，微波等离子体化学气相沉积金刚石膜的方法是利用很高磁场强度的磁场对微波等离子进行约束，并且需要在低于0.1Pa的气压下合成金刚石，从而获得250℃以下的低温。但是，该方法不仅沉积速度非常慢，而且设备昂贵，大大提高了金刚石膜的合成成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种微波等离子体化学气相沉积金刚石膜的装置，通过在模式转换器的下方设置圆柱形型腔，同时设有半椭球形石英微波窗，可使得激发等离子体位置稳定、密度高，不仅提高了金刚石膜的沉积效率，还降低了合成成本，解决了上述背景技术中所提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种微波等离子体化学气相沉积金刚石膜的装置，包括微波源和反应沉积室，所述微波源与波导相连接，所述波导上设有模式转换器，所述模式转换器的下方设有圆柱形型腔，所述圆柱形型腔的下方安装有反应沉积室，所述反应沉积室的顶端设有石英微波窗，所述反应沉积室的侧壁上开设有进气口，所述进气口下方的反应沉积室侧壁上开设有观察窗口，所述反应沉积室的侧壁上开设有与测温仪相连接的测温孔，所述反应沉积室内设有沉积台，所述沉积台上设有样品托，所述样品托的上方设有微波等离子体球，所述反应沉积室与真空泵相连接。

优选的，所述石英微波窗设为半椭球形结构。

优选的，所述进气口与外部气源相连接。

优选的，所述沉积台内部和圆柱形型腔外均设有冷却水路。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型通过在模式转换器的下方设置圆柱形型腔，同时设有半椭球形石英微波窗，可使得激发等离子体位置稳定、密度高，从而提高了金刚石膜的沉积效率。

2、本实用新型通过在沉积台内部和圆柱形型腔外均设置冷却水路，可以对设备实现直接水冷，从而能够确保整个装置在高微波功率输入下稳定运行，进而降低了金刚石膜的合成成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的局部放大图。

图中：1-微波源，2-反应沉积室，3-波导，4-模式转换器，5-圆柱形型腔，6-石英微波窗，7-进气口，8-观察窗口，9-测温仪，10-沉积台，11-样品托，12-微波等离子体球，13-真空泵，14-外部气源，15-冷却水路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1、图2，本实用新型提供一种微波等离子体化学气相沉积金刚石膜的装置技术方案：一种微波等离子体化学气相沉积金刚石膜的装置，包括微波源1和反应沉积室2，所述微波源1与波导3相连接，所述波导3上设有模式转换器4，所述模式转换器4的下方设有圆柱形型腔5，所述圆柱形型腔5的下方安装有反应沉积室2，所述反应沉积室2的顶端设有石英微波窗6，所述石英微波窗6设为半椭球形结构，所述反应沉积室2的侧壁上开设有进气口7，所述进气口7与外部气源14相连接，所述进气口7下方的反应沉积室2侧壁上开设有观察窗口8，所述反应沉积室2的侧壁上开设有与测温仪9相连接的测温孔，所述反应沉积室2内设有沉积台10，所述沉积台10上设有样品托11，所述样品托11的上方设有微波等离子体球12，所述沉积台10内部和圆柱形型腔5外均设有冷却水路15，所述反应沉积室2与真空泵13相连接。

工作原理：通过真空泵13将反应沉积室2预抽真空至0.1Pa以下，然后，通过进气口7通入H₂和CH₄两种气体组成的原料气体，同时通过流量控制器控制H₂的流量为360sccm，CH₄的流量为9sccm，当反应沉积室2内的气体压力达到600Pa后，输入功率为500W、频率为2.3GHz的微波，则沉积台10上方激发出等离子体，在反应过程中，只需维持通入H₂和CH₄的流量及反应沉积室2内的气压不变，则整个沉积过程即可持续不断进行，最后，当生长到需要的厚度时，停止反应气体的输入，并关闭微波电源和真空泵13，结束金刚石膜的沉积过程。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。