一种用于化学气相沉积金刚石膜的谐振腔的制作方法

本实用新型涉及一种微波谐振腔，具体地说，是涉及一种用于化学气相沉积金刚石膜的谐振腔。

背景技术：

化学气相沉积法即通过反应气体的化学反应，在基体表面沉积固态材料，是一种制备均匀薄膜材料的好方法，其中热丝法、直流电弧喷射法、微波等离子体法已经成功应用于金刚石膜的制备。

在多种金刚石膜的制备方法中，微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法是制备高品质金刚石膜的首选方法，拥有着其它制备方法无法比拟的可控性和洁净性。它的镀膜过程是依靠微波能量激发反应气体形成等离子体来完成的，既没有电极放电造成的污染，也没有金属丝蒸发造成的污染，适合于高品质金刚石膜的制备。

在过去几十年间，微波等离子体化学气相沉积法制备高品质金刚石膜技术取得了很大发展，很大程度上得益于微波等离子体化学气相沉积法金刚石膜沉积装置的发展。在微波等离子体化学气相沉积法金刚石膜沉积装置中，石英微波窗口既起到传输微波进入谐振腔室的作用，又起着谐振腔真空密封的作用。然而，如果石英微波窗口距离等离子体太近，高功率下会很容易受到等离子体的刻蚀，限制了微波等离子体化学气相沉积法金刚石膜沉积装置微波输入功率的水平。此外，现有技术中控制等离子体形态的方法为升降沉积台，但可升降沉积台不利于谐振腔气密性的实现，而且还会造成等离子体损失。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于化学气相沉积金刚石膜的谐振腔，通过对其结构的巧妙设计，使其能够降低等离子体损失并具有较高的微波输入功率。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种用于化学气相沉积金刚石膜的谐振腔，包括谐振腔本体、石英窗、沉积台、模式转换器，所述谐振腔本体上部为圆柱体形，下部为倒角圆柱体形，所述倒角圆柱体相邻面的夹角为135°，所述谐振腔本体上部侧面竖直固定有电动定位滑台，电动定位滑台的滑块上固定有环形螺线圈，所述环形螺线圈与谐振腔本体同轴，所述沉积台位于谐振腔本体内部且与其同轴，所述谐振腔本体底部设有与其同心的圆形开口，所述圆形开口固定连接有微波输入结构，所述石英窗为圆环形，位于沉积台与谐振腔本体底面之间，且与沉积台及谐振腔本体底面密封连接。

进一步，所述谐振腔本体由双层不锈钢制成，其内部空间形成水冷通道。

进一步，所述谐振腔本体顶部设有进气口，底部设有抽气口，所述进气口及抽气口与谐振腔本体内部的空腔连通。

进一步，所述谐振腔本体顶部设有出水口，底部设有注水口，所述注水口及出水口与所述水冷通道连通。

进一步，所述微波输入结构包括波导管及模式转换器，所述模式转换器与谐振腔本体同轴。

进一步，所述沉积台(3)为中空结构，其下部密封连接有导管，导管下端与谐振腔本体底部密封连接，所述导管与沉积台内部的空腔以及谐振腔本体的水冷通道连通。

所述电动定位滑台为现有技术，在此不做赘述。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型的环形螺线圈可以上下移动，以此通过磁场来控制等离子体的形态，增大了沉积面积，使系统能够产生更大面积的金刚石膜。

(2)本实用新型石英窗设置于沉积台下方，远离等离子体，降低了石英窗被等离子体刻蚀的风险，提高了石英窗的使用寿命。

(3)本实用新型谐振腔的侧壁间以及侧壁与底面之间夹角为135度，能够反射微波至沉积台上方，使等离子体产生于沉积台上方，有利于金刚石在基片上的沉积。

附图说明

图1为本实用新型环形螺线圈未落下时的结构示意图。

图2为本实用新型环形螺线圈落下后的结构示意图。

图3为本实用新型环形螺线圈与电动定位滑台的固定方式示意图。

其中，附图标记对应的名称为：1-波导管、2-注水口、3-沉积台、4-基片、5-进气口、6-电动定位滑台、7-环形螺线圈、8-出水口、9-等离子体、10-石英窗、11-抽气口、12-导管、13-模式转换器、14-导轨、15-滑块。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的方式包括但不仅限于以下实施例。

实施例

如图1-3所示，本实用新型公开的一种用于化学气相沉积金刚石膜的谐振腔，包括谐振腔本体、石英窗10、沉积台3、模式转换器13，其特征在于，所述谐振腔本体上部为圆柱体形，由双层不锈钢制成，其内部空间形成水冷通道，其下部为倒角圆柱体形，所述倒角圆柱体相邻面的夹角为135°，所述谐振腔本体顶部设有进气口5，底部设有抽气口11，所述进气口5及抽气口11与谐振腔本体内部的空腔连通，所述谐振腔本体顶部设有出水口8，底部设有注水口2，所述注水口2及出水口8与所述水冷通道连通。所述谐振腔本体上部侧面竖直固定有电动定位滑台6，电动定位滑台6的滑块15上固定有环形螺线圈7，所述环形螺线圈7与谐振腔本体同轴，所述沉积台3位于谐振腔本体内部且与其同轴，所述沉积台3为中空结构，其下部密封连接有导管12，导管12下端与谐振腔本体底部密封连接，所述导管12与沉积台3内部的空腔以及谐振腔本体的水冷通道连通。所述谐振腔本体底部设有与其同心的圆形开口，所述圆形开口固定连接有微波输入结构，所述微波输入结构包括波导管1及模式转换器13，所述模式转换器13与谐振腔本体同轴。所述石英窗10为圆环形，位于沉积台3与谐振腔本体底面之间，且与沉积台3及谐振腔本体底面密封连接。

本实用新型公开的微波等离子体化学气相沉积金刚石膜谐振腔的工作过程及原理为：通过抽气口对谐振腔抽真空，达到一定真空度后，由进气口注入反应气体，环形螺线圈接直流电源。微波经基模波导传输，通过模式转换器耦合到谐振腔的底部，微波电磁场由谐振腔底部中心进入，沿径向向外发射。介质石英窗设置于接近沉积台边缘处，此处场强较弱，可避免等离子体击穿。同时石英窗也起着真空密封作用。谐振腔上方的环形螺线圈位于电动定位滑台上端，等离子体产生时，使其通电并沿导轨向下运动，等离子体在环形螺线圈产生的磁场作用下由球形变为椭球型，增大了沉积面积。谐振腔为双层结构，通过向其底部的注水口注入冷水，水由其上部的出水口排出，形成水冷系统，以此降低系统温度，在增大微波输入功率时，将金刚石膜沉积的温度控制在600～1100℃，保证沉积的金刚石膜的质量。

本实用新型通过设置可移动环形螺线圈，利用磁场控制等离子体的形状，增大了沉积面积，使系统能够产生更大面积的金刚石膜。石英窗设置于沉积台与谐振腔本体底面之间，降低了刻蚀风险，提高了使用寿命。谐振腔本体下部为倒角圆柱体形，能够反射微波至沉积台上方，使等离子体产生于沉积台上方，有利于金刚石膜的沉积。水冷系统能够降低系统温度，使沉积出的金刚石膜品质更高。

上述实施例仅为本实用新型的优选实施方式之一，不应当用于限制本实用新型的保护范围，但凡在本实用新型的主体设计思想和精神上做出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本实用新型一致的，均应当包含在本实用新型的保护范围之内。