一种蝶形腔式微波等离子体化学气相沉积装置的制作方法

1.本发明属于微波等离子体化学气相沉积技术领域，尤其涉及一种蝶形腔式微波等离子体化学气相沉积装置。


背景技术：

2.微波等离子体化学气相沉积(microwaveplasmachemicalvapor deposition)简称mpcvd，其原理是：利用微波在真空反应腔中发生谐振，在特定位置形成强电磁场区域，使混合气体电离，形成等离子体，在衬底表面上形成固态物质沉积。
3.蝶形腔式mpcvd设备由于在基台上方存在两种模式的谐振波，该类型设备等离子体的均匀性和有效沉积面积要优于传统的柱形腔式mpcvd设备。目前，蝶形腔式mpcvd腔体结构无调谐结构，适应性较差，无法同时满足多规格、尺寸基台和高功率条件下金刚石的沉积。传统蝶形腔式微波等离子体化学气相沉积装置如图1所示：微波从波导馈入口进入真空腔体内，最终在基台上方形成等离子体。在合适的微波输入功率条件下，当腔体内顶高度与基台高度、直径等尺寸相匹配时，可以形成理想状态下的等离子体(扁平状，如图1所示)，mpcvd设备的有效沉积面积大而均匀。
4.在沉积生长后期，随着产品厚度的增加以及微波输入功率的增大，为了实现产品温度在可控范围内，基台的高度必须增大，此时在某一特定条件下，在腔体的顶部会形成次生等离子体(图2所示)。而次生等离子体的产生会极大的降低目标区域等离子体的密度，从而降低产品的生长速率和品质；
5.其次，次生等离子体的产生会使腔体顶部温度过高，在腔体顶部形成金刚石薄膜，当薄膜达到一定厚度后会脱落至基台上方，使正常的金刚石制备无法正常进行。另外腔体顶部温度过高，设备在长时间运行的条件下，mpcvd设备存在被损坏的风险。


技术实现要素：

6.为了克服上述现有技术中的缺陷，为此，本发明提供一种蝶形腔式微波等离子体化学气相沉积装置。本发明能进行有效调节谐振腔高度的真空腔体结构，可有效避免次生等离子体的形成。
7.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
8.一种蝶形腔式微波等离子体化学气相沉积装置，包括主体，主体的内部设有真空腔体，其特征在于：该真空腔体内设有可沿竖直方向在真空腔体内部上下移动的滑动上盖，滑动上盖通过滑动结构与导轨滑台连接，滑动结构包括冷却滑动上盖的进出水组件，进出水组件的一端贯穿主体并置于主体的内部与滑动上盖连接，进出水组件的另一端延伸出主体与导轨滑台连接；滑动上盖的周侧与真空腔体的内壁贴合。
9.优选的，滑动上盖的内部设有空腔，进出水组件包括向空腔输送冷水的内管和抽出空腔内冷水的外管；内管的出口和外管的进口均与空腔连接。
10.优选的，空腔内部设有将空腔分隔成进水腔和出水腔的分隔板，分隔板上设有连
通进水腔和出水腔的通槽，内管的出口与进水腔连接，外管的进口与出水腔连接。
11.优选的，主体的顶部设有穿槽，进出水组件贯穿穿槽与滑动上盖连接；滑动结构还包括可沿竖直方向调节高度的密封件，密封件的底部与穿槽顶端的外周侧连接，密封件上还设有进水口和出水口，进水口与内管连接，出水口与外管连接；密封件通过连接块与导轨滑台连接。
12.优选的，密封件由焊接波纹管和套件组成，焊接波纹管套设于进出水组件外周侧的底部，焊接波纹管的底部与穿槽顶端的外周侧连接；焊接波纹管的顶部与套件的底部连接；套件套设于进出水组件外周侧的顶部，套件上设有进水口和出水口，内管和外管均通过套件与连接块连接，套件通过连接块与导轨滑台连接。
13.优选的，内管的直径小于外管的直径，且内管贯穿外管与进水腔连接，外管贯穿穿槽与穿槽的内壁贴合。
14.优选的，内管的外壁上设有第一嵌槽，外管的外壁上均设有第二嵌槽，套件的内壁上分别设有与第一嵌槽的位置和第二嵌槽的位置相对应的两个卡槽，两个卡槽通过轴用挡圈分别与第一嵌槽和第二嵌槽卡合连接。
15.优选的，焊接波纹管与套件可拆卸式连接，焊接波纹管与主体可拆卸式连接。
16.优选的，进水腔和出水腔由下至上设置。
17.优选的，滑动上盖的底部设有开槽，开槽内安装有屏蔽环，屏蔽环与主体的内壁紧密贴合。
18.本发明的优点在于：
19.(1)本发明通过导轨滑台的上下运动带动整个滑动结构上下移动，实现滑动上盖与冷却台距离的改变，使得在特定的工艺条件下(输入功率、气压、基台尺寸)，通过调整滑动上盖的高度，即可得到最理想的等离子体形态，有效的避免了次生等离子体的产生，提高了产品品质和制备效率。
20.(2)由于等离子体的存在，本发明为避免滑动上盖底部的温度过高，通过向滑动上盖内通入冷却水，可以有效的对滑动上盖进行冷却；设置的屏蔽环可以有效避免微波通过滑动上盖与真空腔体之间的环缝进入滑动上盖上部，避免在此区域内形成次生等离子体。
21.(3)本发明滑动结构的引入可以有效的避免设备在正常运行过程中次生等离子的产生，设备的适应能力更强，可有效提高产品品质和生产效率，满足科研和工业化生产需求。
附图说明
22.图1为现有mpcvd设备的结构示意图一。
23.图2为现有mpcvd设备的结构示意图二。
24.图3为本发明结构示意图。
25.图4为本发明局部放大结构示意图。
26.图中标注符号的含义如下：
27.1-主体、2-真空腔体、3-穿槽、4-滑动上盖、41-分隔板、42-进水腔、43-出水腔、44-通槽、45-屏蔽环、51-进出水组件、511-内管、512-外管、52-焊接波纹管、53-套件、6-连接块、7-第二嵌槽、8-轴用挡圈。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明，基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
29.如图3-4所示，一种蝶形腔式微波等离子体化学气相沉积装置，包括主体1，主体1的内部设有真空腔体2，该真空腔体2内设有可沿竖直方向在真空腔体2内部上下移动的滑动上盖4，滑动上盖4通过滑动结构与导轨滑台连接，滑动结构包括冷却滑动上盖4的进出水组件51，进出水组件51的一端贯穿主体1并置于主体1的内部与滑动上盖4连接，进出水组件51的另一端延伸出主体1与导轨滑台连接；滑动上盖4的周侧与真空腔体2的内壁贴合。
30.具体的，滑动上盖4的内部设有空腔，进出水组件51包括向空腔输送冷水的内管511和抽出空腔内冷水的外管512；内管511的出口和外管512的进口均与空腔连接。空腔内部设有将空腔分隔成进水腔42和出水腔43的分隔板41，分隔板41上设有连通进水腔42和出水腔43的通槽44，内管511的出口与进水腔42连接，外管512的进口与出水腔43连接。
31.进一步的，主体1的顶部设有穿槽3，进出水组件51贯穿穿槽3与滑动上盖4连接；滑动结构还包括可沿竖直方向调节高度的密封件，密封件的底部与穿槽3顶端的外周侧连接，密封件上还设有进水口和出水口，进水口与内管511连接，出水口与外管512连接；密封件通过连接块6与导轨滑台连接。
32.更进一步的，内管511的直径小于外管512的直径，且外管512套在内管511的外侧，内管511的出口与进水腔42连通，外管512的底部贯穿穿槽3，且外管512的外壁与穿槽3的内壁贴合。内管511的外壁上设有第一嵌槽，外管512的外壁上均设有第二嵌槽7，套件53的内壁上分别设有与第一嵌槽的位置和第二嵌槽7的位置相对应的两个卡槽，两个卡槽通过轴用挡圈8分别与第一嵌槽和第二嵌槽7卡合连接。
33.密封件由焊接波纹管52和套件53组成，焊接波纹管52套设于进出水组件51外周侧的底部，焊接波纹管52的底部与穿槽3顶端的外周侧连接；焊接波纹管52的顶部与套件53的底部连接，焊接波纹管52与套件53配合使用，使真空腔体2与外部空气隔离；且焊接波纹管52自身具有良好的伸缩性能，通过焊接波纹管52的伸缩，最终实现滑动上盖4的上下移动；套件53套设于内管511和外管512上，套件53上设有进水口和出水口，且进水口与内管511连通，出水口与外管512连通。内管511和外管512均通过套件53与连接块6连接，套件53通过连接块6与导轨滑台连接，使得导轨滑台上下移动时，由于连接块6、套件53、内管511、外管512、焊接波纹管52均连接成一体式结构，进而使得导轨滑台带动滑动上盖4上下移动，且整个装置的密封性好。
34.为了实际运用中使用，将焊接波纹管52与套件53设计成可拆卸式连接，焊接波纹管52与主体1可拆卸式连接，便于该装置的拆装。进水腔42设置在出水腔43的下方，使得冷却水更接近于真空腔体2的底部，提高冷却效果。滑动上盖4的底部设有开槽，开槽内安装有屏蔽环45，屏蔽环45与主体1的内壁紧密贴合，屏蔽环45是一种软性导电材料，从而可以有效避免微波通过滑动上盖4与真空腔体2之间的环缝进入滑动上盖4上部，并在此区域内形成次生等离子体。真空腔体2内部还设有温度传感器，可以监测到真空腔体2内部的温度，进而将温度信号传递给控制器控制进出水组件51向进水腔42内输送冷却水。
35.下面结合实施例中的附图对该装置的工作过程进行详细描述。
36.由于等离子体的存在，滑动上盖底部的温度过高，需要对滑动上盖4进行冷却，冷却水从进水口进入滑动上盖4的进水腔42，在滑动上盖4内部循环后(水流方向如图3所示)，并通过出水腔43进入到外管512中被抽水泵抽出，；导轨滑台的上下运动带动通过连接块6带动整个滑动结构上下移动，实现滑动上盖4在真空腔体2内部的上下移动。
37.以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

技术特征：
1.一种蝶形腔式微波等离子体化学气相沉积装置，包括主体(1)，所述主体(1)的内部设有真空腔体(2)，其特征在于：该真空腔体(2)内设有可沿竖直方向在真空腔体(2)内部上下移动的滑动上盖(4)，所述滑动上盖(4)通过滑动结构与导轨滑台连接，所述滑动结构包括冷却滑动上盖(4)的进出水组件(51)，所述进出水组件(51)的一端贯穿主体(1)并置于主体(1)的内部与滑动上盖(4)连接，所述进出水组件(51)的另一端延伸出主体(1)与导轨滑台连接；所述滑动上盖(4)的周侧与真空腔体(2)的内壁贴合。2.根据权利要求1所述的一种蝶形腔式微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于：所述滑动上盖(4)的内部设有空腔，所述进出水组件(51)包括向空腔输送冷水的内管(511)和抽出空腔内冷水的外管(512)；所述内管(511)的出口和外管(512)的进口均与空腔连接。3.根据权利要求2所述的一种蝶形腔式微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于：所述空腔内部设有将空腔分隔成进水腔(42)和出水腔(43)的分隔板(41)，所述分隔板(41)上设有连通进水腔(42)和出水腔(43)的通槽(44)，所述内管(511)的出口与进水腔(42)连接，所述外管(512)的进口与出水腔(43)连接。4.根据权利要求2所述的一种蝶形腔式微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于：所述主体(1)的顶部设有穿槽(3)，所述进出水组件(51)贯穿穿槽(3)与滑动上盖(4)连接；滑动结构还包括可沿竖直方向调节高度的密封件，所述密封件的底部与穿槽(3)顶端的外周侧连接，所述密封件上还设有进水口和出水口，所述进水口与内管(511)连接，所述出水口与外管(512)连接；所述密封件通过连接块(6)与导轨滑台连接。5.根据权利要求4所述的一种蝶形腔式微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于：所述密封件由焊接波纹管(52)和套件(53)组成，所述焊接波纹管(52)套设于进出水组件(51)外周侧的底部，所述焊接波纹管(52)的底部与穿槽(3)顶端的外周侧连接；所述焊接波纹管(52)的顶部与套件(53)的底部连接；所述套件(53)套设于进出水组件(51)外周侧的顶部，所述套件(53)上设有进水口和出水口，所述内管(511)和外管(512)均通过套件(53)与连接块(6)连接，所述套件(53)通过连接块(6)与导轨滑台连接。6.根据权利要求5所述的一种蝶形腔式微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于：所述内管(511)的直径小于外管(512)的直径，且内管(511)贯穿外管(512)与进水腔(42)连接，所述外管(512)贯穿穿槽(3)并与穿槽(3)的内壁贴合。7.根据权利要求5所述的一种蝶形腔式微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，所述内管(511)的外壁上设有第一嵌槽，所述外管(512)的外壁上均设有第二嵌槽(7)，所述套件(53)的内壁上分别设有与第一嵌槽的位置和第二嵌槽(7)的位置相对应的两个卡槽，两个卡槽通过轴用挡圈(8)分别与第一嵌槽和第二嵌槽(7)卡合连接。8.根据权利要求5所述的一种蝶形腔式微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，所述焊接波纹管(52)与套件(53)可拆卸式连接，所述焊接波纹管(52)与主体(1)可拆卸式连接。9.根据权利要求3所述的一种蝶形腔式微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，所述进水腔(42)和出水腔(43)由下至上设置。10.根据权利要求1所述的一种蝶形腔式微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，所述滑动上盖(4)的底部设有开槽，所述开槽内安装有屏蔽环(45)，所述屏蔽环(45)与主体(1)的内壁紧密贴合。

技术总结
本发明属于微波等离子体化学气相沉积技术领域，尤其是一种蝶形腔式微波等离子体化学气相沉积装置。本发明包括主体，主体的内部设有真空腔体，其特征在于：该真空腔体内设有可沿竖直方向在真空腔体内部上下移动的滑动上盖，滑动上盖通过滑动结构与导轨滑台连接，滑动结构包括冷却滑动上盖的进出水组件，进出水组件的一端贯穿主体并置于主体的内部与滑动上盖连接，进出水组件的另一端延伸出主体与导轨滑台连接；滑动上盖的周侧与真空腔体的内壁贴合。本发明能进行有效调节谐振腔高度的真空腔体结构，可有效避免次生等离子体的形成。可有效避免次生等离子体的形成。可有效避免次生等离子体的形成。


技术研发人员：吴昊 卢善友 许金凤 郑家勇
受保护的技术使用者：安徽聚碳机械设备有限公司
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/8/13