基于多个微波源叠加的等离子体反应装置及加强方法与流程

本发明属于化学气相沉积金刚石，具体是一种基于多个微波源叠加的等离子体反应装置及加强方法。

背景技术：

1、化学气相沉积(cvd)金刚石具有硬度高、导热性好、热膨胀系数小、光学和电学性能优异、声传播速度快、介电性能好等众多优点，使它在诸如红外光学窗口、高功率led、高功率及高频率电子和光电子器件与系统的散热器、高性能抗辐射探测器和传感器等领域有着广泛的应用前景。目前，人们最常用的制备金刚石的方法有热丝化学气相沉积法(hfcvd)、直流电弧等离子体喷射化学气相沉积(dc arc plasmajet cvd)法以及微波等离子体化学气相沉积(mpcvd)法三种。在这三种方法中，mpcvd法的特点在于金刚石沉积过程的控制性好、无放电电极的污染，是国际上用于制备高品质金刚石的首选方法。

2、碳基半导体可以更有效地增强芯片性能，然而，mpcvd作为主要的人工多晶钻石制造设备，其在钻石生长受到很多因素的影响，其中一个很重要的因素就是微波功率的限制，国内主要应用6kw,10kw,30kw等，在生长单晶或多晶钻石过程中，由于受到微波电源功率的限制，无法提高金刚石沉积效率和沉积面积。国际国内可选的微波源品种有限，经常出现断档的问题，比如需要10-20kw功率的电源，市场是很难采购，无法满足现有产品发展的需求。多晶和单晶金刚石的沉积是一个长时间的过程，其中影响沉积金刚石的品质的因素很多，其中主要是温度，气压，气体流量，以及微波的功率，目前国内国际的mpcvd设备主要是6和10kw为主。

3、现有的mpcvd装置，如果想通过提高微波电源的功率来提高金刚石生产效率和沉积面积，只能通过采购更高功率的微波电源来实现，然而，市场上的微波源种类类同，功率断档，往往无法实现合理的配比，大大影响了mpcvd设备的技术进步，也阻碍了金刚石生产提高效率，如果选用过高或过低的微波源，将导致电能的浪费，或者设备性能的打折。

4、对于mpcvd设备来说，还有一个重要的问题，就是石英窗的温度，随着市场对大功率设备的需求越来越多，要求越来越高，设备商也开始纷纷推出各种高功率的mpcvd设备，大功率的设备，就意味着更大功率的微波源，然而大功率的微波源，会导致沉积温度升高，温度的升高也导致了石英窗被高温腐蚀的风险越来越高，对于设备来说，较高的温度，可以提高金刚石沉积速度，提高生产效率，但是因为石英窗和金刚石沉积的等离子体距离较近，容易被高温的等离子体腐蚀，释放si元素，造成对金刚的污染，影响了金刚石的品质，这个问题是mpcvd一直以来的难以克服的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于多个微波源叠加的等离子体反应装置及加强方法，可实现多个低功率微波源叠加后获得高功率微波源的目的。为实现上述目的，采用的技术方案如下：

2、一种基于多个微波源叠加的等离子体反应装置，包括：

3、谐振腔11；

4、若干微波电源1和微波传输系统2，所述微波电源1和微波传输系统2对应设置；

5、所述微波传输系统2的前段腔体连通微波电源1，后段腔体连通所述耦合腔14；

6、转换天线3，置于微波传输系统2的后段腔体内，连接于微波传输系统2的后段腔体内壁，可以根据需要调节天线的耦合长度，用于引导经过微波传输系统2的微波穿过石英窗5，馈入谐振腔11。

7、优选地，所有微波传输系统2连通耦合腔14的以及谐振腔11。

8、优选地，所有微波传输系统2分别连通耦合腔14，然后每个谐振腔14分别连通所述谐振腔11。

9、优选地，每个微波传输系统2的后段连接的耦合腔体14，均放置一个转换天线3。

10、优选地，转换天线3垂直于石英窗5设置。

11、一种基于多个微波源叠加的等离子体加强方法，包括以下步骤：

12、若干个微波电源1经对应的微波传输系统2后，同时馈入耦合腔14，由转换天线3引导微波穿过石英窗5，馈入谐振腔11，对谐振腔11体内的混合气体激发，产生等离子体6。

13、与现有技术相比，本发明的优点为：

14、1、本发明中多个低功率微波源叠加后获得高功率微波源。而现有的mpcvd系统，都是一个微波系统，一个波导构成，通过转换天线馈入谐振腔，谐振腔的功率完全依赖配备的微波电源，如果想用较大的功率，就需要更换更大功率的微波电源，这就导致，想要获得更高功率的等离子球，完全依赖是否能获得更高功率的微波电源。

15、2、该装置的关键部件是两个或多个较低功率的微波源，而国内现阶段主要应用的都是6-10kw的较低功率的微波源，应用相对熟练，可以对现有的设备快速的改造，省去较多测试费用。

16、3、该装置可以替代现有的较大功率的微波电源的进口，为未来出现更大功率的微波电源提供了一种新的方案和思路。

17、单一的大功率的微波电源需要技术的突破和长期的测试，无法及时满足现有市场对高功率微波电源的需求。

18、而多个小功率电源叠加，稳定性和耐久性都得到保证，可以快速的应用到市场当中推广，缩短了验证和测试的时间，必将推动国产设备快速进步。

19、4、该装置可以应用在柱形腔和蝶形腔，现在国内的mpcvd设备主要是这两种，本发明可以同时用在两种设备上。

技术特征：

1.一种基于多个微波源叠加的等离子体反应装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于多个微波源叠加的等离子体反应装置，其特征在于，所有微波传输系统(2)连通耦合腔(14)的以及谐振腔(11)。

3.根据权利要求1所述的基于多个微波源叠加的等离子体反应装置，其特征在于，所有微波传输系统(2)分别连通耦合腔(14)，然后每个谐振腔(14)分别连通所述谐振腔(11)。

4.根据权利要求3所述的基于多个微波源叠加的等离子体反应装置，其特征在于，每个微波传输系统(2)的后段连接的耦合腔体(14)，均放置一个转换天线(3)。

5.根据权利要求3所述的基于多个微波源叠加的等离子体反应装置，其特征在于，转换天线(3)垂直于石英窗(5)设置。

6.一种基于多个微波源叠加的等离子体加强方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提出了一种基于多个微波源叠加的等离子体反应装置及加强方法，该装置包括：谐振腔；若干微波电源和微波传输系统，微波电源和微波传输系统对应设置；微波传输系统的前段腔体连通微波电源，后段腔体连通耦合腔；转换天线，置于微波传输系统的后段连接的耦合腔体内，用于引导经过微波传输系统的微波穿过石英窗，馈入谐振腔。本发明可实现多个低功率微波源叠加后获得高功率微波源的目的。

技术研发人员：张俊生,胡常青,井上英男
受保护的技术使用者：上海铂世光半导体科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1