专利名称：直流辉光等离子体气相沉积装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及化学气相沉积设备，尤其是涉及一种用于制备氧化锌薄膜的直流辉光等离子体气相沉积装置。
背景技术：
氧化锌(ZnO)是新型的II-VI族宽禁带半导体材料，在很多领域都有极为广泛的应用前景。它具有六角纤锌矿型的晶体结构，属于直接宽禁带半导体，室温下禁带宽度3.30eV，同时具有很高的激子结合能60meV。在理论上ZnO具备蓝光或紫外光发射的本领，再加之其较高的激子束缚能，在高于室温的环境下具有显著的低阈值激发机制，在这一理论的指导下，ZnO薄膜的制备和对其发光特性的研究引起人们的关注。在研究的过程中还发现，具有取向良好的ZnO薄膜，有着较好的压电和光电效应，可应用于表面声波元件、声光元件及光波导。低电阻率的ZnO薄膜可取代传统的透明导电薄膜ITO而作为太阳能电池、光电传感器和平板显示器件的窗口材料，以及利用ZnO薄膜研制短波长发光二极管和激光器。因此ZnO薄膜作为一种新型的光电材料，有着巨大的发展潜力。
在沉积氧化锌薄膜时，一般使用H2O，O2，N2O，CO2作为氧源，二乙基锌或二甲基锌作为锌源，H2O，O2，N2O与二乙基锌或二甲基锌反应速度太快，沉积的薄膜质量不稳定，二氧化碳非常稳定，难以离解，因此生长的氧化锌薄膜质量较差，得不到高度择优取向的氧化锌薄膜，我们通过试验证明，使用氢气和二氧化碳混合气在等离子体作用下，能得到较好的氧源，与热裂解的二乙基锌反应，就能得到具有高度择优取向的氧化锌薄膜。目前使用的等离子体增强气相沉积设备，等离子体大多充满反应腔，并且基片多数配置在阳极附近；在薄膜生长过程中，电子束一直在轰击刚沉积的薄膜，这样生长的薄膜难以重现，质量不稳定。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种能在单晶硅或蓝宝石上生长出高度择优取向氧化锌薄膜、薄膜质量稳定、生长速率高、二氧化碳和氢气混合原料气能在等离子体的作用下充分反应的直流辉光等离子体气相沉积装置。
本实用新型的目的是这样实现的本实用新型包括真空反应罩、上进气管、下进气管、绝缘座，特征是在真空反应罩内中间的绝缘座上方安装有石英反应腔，在石英反应腔上方安装有侧边连接了进水管和出水管的冷却室，在冷却室上方依次安装有分别接有上进气管、下进气管的上气腔、下气腔，上出气管、下出气管的上端分别伸在上气腔、下气腔内，下端穿过冷却室伸入石英反应腔内；上出气管与下出气管呈均匀间隔排列，上出气管的下端穿过等离子体区，下出气管的出口在等离子体区的上方，两个气管的均垂直于石墨台。
在石英反应腔的两侧分别安装有阳极和由金属钽构成的阴极，阳极和阴极呈竖直方向并排对立，阳极和阴极分别与固定在石英反应腔外的绝缘座上的阳极座和阴极座相连接，在两极间加直流高压，阳极和阴极之间产生等离子体；在石英反应腔的底部、上出气管和下出气管的正下方、等离子体区的下方安装有石墨台，石墨台的上表面包裹一层金属钽片，欲沉积薄膜的基片放在钽片上，基片7配置在等离子体场外，并且等离子体场为水平。石墨台由石英托板支撑，转动杆的顶端安装在石英托板的下方，底端与固定在真空反应罩下方的电动机的输出轴连接，在石墨台底部下方装有测温热电偶，石墨台底部还安置有高频加热器，给石墨台加热，石墨台和高频加热器呈水平放置且与阳极和阴极垂直。
本实用新型由于在石英反应腔内设计有阳极和阴极两个电极，往其中阳极上加直流高压，阴极接地，这样便在低真空石英反应腔内产生直流辉光等离子体，二氧化碳和氢气混合原料气经下进气管、下气腔、下出气管进入等离子体区，在等离子体的作用下二氧化碳和氢气充分反应，产生氧源，而气态的二乙基锌或二甲基锌原料气经上进气管、上气腔、上出气管穿过等离子场，两条气路均垂直于放在石英反应腔底部的单晶硅或蓝宝石基片。待真空室抽真空后，高频加热器通电后加热石墨台，当达到沉积温度时，充入反应原料气，在两极间加直流电压产生辉光，阴极材料采用电子脱出功小、熔点高的钽(Ta)金属材料，调节气体的压强、浓度、电极电压以及阴阳极间的距离等，使二氧化碳和氢气在等离子体的作用下充分反应，产生氧源，二乙基锌或二甲基锌在基片上热裂解，产生锌源，这样就制备出高度择优取向的氧化锌薄膜。由于阳极和阴极呈竖直方向并排对立，等离子体区位于石墨台的正上方，石墨台和高频加热器呈水平放置且与阳极和阴极垂直，这样就便于氧源和锌源反应。本实用新型将基片配置在等离子场外，并且等离子场为水平，氢气和二氧化碳混合气在等离子体作用下充分反应，与在基片表面附近裂解的二乙基锌或二甲基锌反应，生长出性能优异的氧化锌薄膜材料，薄膜的质量稳定。在二乙基锌或二甲基锌进入反应腔时，引入了水冷系统，较好地解决了二乙基锌或二甲基锌易裂解的问题。因此本实用新型能在单晶硅或蓝宝石上生长出高度择优取向氧化锌薄膜，并且生长的薄膜生长速率高，质量稳定。
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例并对照附图对本实用新型作进一步详细说明。
本实用新型包括真空反应罩1、上进气管14、下进气管15、绝缘座19，在真空反应罩1内中间的绝缘座19上方安装有石英反应腔18，在石英反应腔18上方安装有侧边连接了进水管22和出水管23的冷却室11，在冷却室11上方依次安装有分别接有上进气管14、下进气管15的上气腔12、下气腔13，上出气管9、下出气管10的上端分别伸在上气腔12、下气腔13内，下端穿过冷却室11伸入石英反应腔18内，上出气管9与下出气管10呈均匀间隔排列，上出气管9的下端穿过等离子体区16，下出气管10的出口在等离子体区16的上方，两个气管的均垂直于石墨台26；在石英反应腔18的两侧分别安装有阳极8和由金属钽构成的阴极17，阳极8和阴极17呈竖直方向并排对立，阳极8和阴极17通过外套有屏蔽管4的高压电极杆2分别与固定在石英反应腔18外的绝缘座19上的阳极座24和阴极座25相连接，在两极间加直流高压，阳极8和阴极17之间产生等离子体；在石英反应腔18的底部、上出气管9和下出气管10的正下方、等离子体区16的下方安装有石墨台26，石墨台26由石英托板3支撑，转动杆27的顶端安装在石英托板3的下方，底端与固定在真空反应罩1下方的电动机20的输出轴连接，石墨台26上表面包裹一层金属钽片6，欲沉积薄膜的基片7放在钽片6上，基片7配置在等离子体场外，并且等离子体场为水平；在石墨台26底部下方装有测温热电偶21，石墨台26底部还安置有高频加热器5，给石墨台26加热，石墨台26和高频加热器5呈水平放置且与阳极8和阴极17垂直。
权利要求1.一种直流辉光等离子体气相沉积装置，包括真空反应罩(1)、上进气管(14)、下进气管(15)、绝缘座(19)，其特征在于在真空反应罩(1)内中间的绝缘座(19)上方安装有石英反应腔(18)，在石英反应腔(18)上方安装有侧边连接了进水管(22)和出水管(23)的冷却室(11)，在冷却室(11)上方依次安装有分别接有上进气管(14)、下进气管(15)的上气腔(12)、下气腔(13)，上出气管(9)、下出气管(10)的上端分别伸在上气腔(12)、下气腔(13)内，下端穿过冷却室(11)伸入石英反应腔(18)内；在石英反应腔(18)的两侧分别安装有阳极(8)和由金属钽构成的阴极(17)，阳极(8)和阴极(17)呈竖直方向并排对立，阳极(8)和阴极(17)通过外套有屏蔽管(4)的高压电极杆(2)分别与固定在石英反应腔(18)外的绝缘座(19)上的阳极座(24)和阴极座(25)相连接，在两极间加直流高压，阳极(8)和阴极(17)之间产生等离子体；在石英反应腔(18)的底部、上出气管(9)和下出气管(10)的正下方、等离子体区(16)的下方安装有石墨台(26)，石墨台(26)由石英托板(3)支撑，转动杆(27)的顶端安装在石英托板(3)的下方，底端与固定在真空反应罩(1)下方的电动机(20)的输出轴连接；在石墨台(26)底部下方装有测温热电偶(21)，石墨台(26)底部还安置有高频加热器(5)，给石墨台(26)加热，石墨台(26)和高频加热器(5)呈水平放置且与阳极(8)和阴极(17)垂直。
2.如权利要求1所述的直流辉光等离子体气相沉积装置，其特征在于上出气管(9)与下出气管(10)呈均匀间隔排列，上出气管(9)的下端穿过等离子体区(16)，下出气管(10)的出口在等离子体区(16)的上方，两个气管的均垂直于石墨台(26)。
3.如权利要求1所述的直流辉光等离子体气相沉积装置，其特征在于石墨台(26)上表面包裹一层金属钽片(6)，欲沉积薄膜的基片(7)放在钽片(6)上，基片(7)配置在等离子体场外，并且等离子体场为水平。
专利摘要本实用新型公开了一种直流辉光等离子体气相沉积装置，它包括真空反应罩、上进气管、下进气管、绝缘座，特征是在真空反应罩内的石英反应腔上方依次安装有冷却室、下气腔和上气腔，上、下出气管的上端分别伸在上、下气腔内，上出气管的下端穿过等离子体区，下出气管的出口在等离子体区的上方，两个气管呈均匀间隔排列，均垂直于石墨台；在石英反应腔两侧的阳极和阴极呈竖直方向并排对立；石墨台由与转动杆相连接的石英托板支撑，通过电动机带动石墨台转动，欲沉积薄膜的基片放在石墨台上表面的钽片上，在石墨台底部下方装有测温热电偶和高频加热器。本实用新型能在单晶硅或蓝宝石上生长出高度择优取向氧化锌薄膜，质量稳定，生长速率高。
文档编号C23C16/513GK2844139SQ20052004527
公开日2006年12月6日 申请日期2005年9月23日 优先权日2005年9月23日
发明者王应民, 张萌, 蔡莉, 李 禾, 程国安, 徐飞 申请人:南昌大学