微波等离子体化学气相沉积装置的工作原理

微波等离子体技术及其应用

　　　　　　　　　　　　　　　　　Vacuum　&　Cryogenics　　　　　　　　　　　　1997年6月74

微波等离子体化学气相沉积

装置的工作原理

吕庆敖　邬钦崇

(中国科学院等离子体物理研究所,合肥　230031)

(收稿日期1997-19)

WORKINGOFACVDSETUP

üQingao　WuQinchong

(InstituteofPlasmaPhysics,AcademiaSinica,Hefei230031)

Abstract:MicrowavePlasmaChemicalVaporDeposition(MPCVD)isanimportantmethod

fordiamondfilmpreparation.ThemicrowavemodessuchasTE10,TEMandTM01inthemicrowave

.TheinitialphasesofTEMmodeconverteroftheMPCVDsetupsweremeasuredinexperiments

andTM01modesweregivenrespectively.Thecouplingbetweenmicrowaveandplasmawasde2scribed.5kWantennacoupledMPCVDsetupwasdevelopedinChinaforthefirsttime.

Keywords:Microwavemode,Plasma,CVDsetup.

摘　要:微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)是制备金刚石膜的一种重要方法。用简单实验

方法给出了MPCVD装置中微波模式转换、微波与等离子体耦合等工作原理。矩形波导中的TE10模式经微波模式转换器转变为同轴线中的TEM模式,再由TEM模式转变为圆波导的TM01模式。

在国内首次成功运行了5TM01模式激发低压气体形成等离子体,等离子体严重影响微波模式分布。

kW天线耦合石英窗式MPCVD装置。

关键词:微波模式、等离子体、化学气相沉积装置。

分类号:TB79、TB43、TM924.75、O643.131。

　　金刚石具有很多优异性能(如高硬度、低摩擦系数、高弹性模量、高透导光率

、高热导率、高绝缘、宽能隙载流子的高迁移率以及良好的化学稳定性等)。因此,金刚石膜在电子、光学、机械等工业领域有广泛的应用前景。常用的低气压和低温度下沉金刚石膜方法有:热丝法、等离子体炬法、微波等离子体法等。其中微波等离子体化学气相沉积法具有综合优势。美国ASTeX公司在1992年已经推出MPCVD制备金刚石膜的商品装置(微波功率1.5kW和5kW)和全透明金刚石膜商品。Westinghouse电气公司于1991年用MPCVD法在直径为40mm的航天器窗口上沉积金刚石膜。我所于1994年研制成功800WMPCVD装置并制备了金刚石膜。就作者所知,关于MPVCD装置的结构和工作原理却未曾详细报道。

1　实验装置

环形器与水负载、定向耦合器与微波MPCVD装置包括2.45GHz或915MHz的微波源、

功率计、阻抗调配器、微波模式转换器、反应室、供气、抽气、检测系统等。其中微波模式转换器

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