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    熱陰極直流等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備(DCCVD)是在常規(guī)冷陰極輝光放電基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,主要用于金剛石單晶或多晶膜的沉積生長。
一、熱陰極輝光放電的組成區(qū)和基本特征
熱陰極直流等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備輝光放電沿陰極到陽極軸線方向可分為四個(gè)區(qū)域:陰極輝光層、法拉第暗區(qū)、正柱區(qū)輝光等離子球、陽極輝光層。其中陰極輝光層是緊貼著陰極的發(fā)光薄層,此處發(fā)生巨浪放電,對輝光放電過程具有重要作用;法拉第暗區(qū)是陰極區(qū)與正柱區(qū)之間的過渡區(qū),由于大部分電子在陰極區(qū)中碰撞損失了能量,而慢電子不足以引起電離和激發(fā),因此呈現(xiàn)不發(fā)光暗區(qū);正柱區(qū)輝光等離子球處于輝光放電的*明顯的位置,其寬度大約占陰極陽極間距的4/5左右,且長度隨著陰陽電極間距的改變而改變;相對于明亮的正柱區(qū),陽極輝光層發(fā)光稍暗。
熱的陰極、高的氣壓和大的電流密度是熱陰極輝光放電區(qū)別于常規(guī)冷陰極輝光放電的基本特征。放電時(shí),極間存在輝光強(qiáng)度、顏色、明暗的分布,分為四個(gè)明顯的區(qū)域。輝光放電覆蓋整個(gè)陰極表面,放電電壓隨著放電電流的增加而增加;陰極電子發(fā)射由熱發(fā)射和γ過程共同起作用,兩者的偏重程度主要由陰極溫度決定;陰極位降區(qū)是維持輝光放電的必不可少的部分,此區(qū)的厚度很薄,有高的位降,所以這個(gè)區(qū)的場強(qiáng)很高,并且產(chǎn)生巨浪放電。熱陰極輝光放電電流密度遠(yuǎn)大于冷陰極輝光放電。
	
 
二、熱陰極直流等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備DCCVD技術(shù)參數(shù):
	 
	 
						沉積腔體 
					 
						不銹鋼水冷夾層 
					 
						根據(jù)電極尺寸設(shè)計(jì)合適的腔體尺寸,保證腔壁與電極之間無放電情況產(chǎn)生 
					 
						開腔方式 
					 
						升降開腔或前開門,方便放樣及清理 
					 
						觀察窗 
					 
						設(shè)置多個(gè)觀察窗保證能夠觀察到陰陽極及沉積臺 
					 
						真空系統(tǒng) 
					 
						真空泵 
					 
						通過機(jī)械泵抽真空,無需配置分子泵 
					 
						極限真空 
					 
						0.1~1Pa 
					 
						抽氣時(shí)間 
					 
						5~15min 
					 
						抽氣孔設(shè)置 
					 
						保證抽氣均勻性 
					 
						氣壓調(diào)節(jié)范圍 
					 
						0.1Pa~30KPa 
					 
						放氣閥 
					 
						可以恢復(fù)至大氣開腔 
					 
						真空規(guī) 
					 
						高精度真空規(guī)準(zhǔn)確測量腔體氣壓值 
					 
						配氣系統(tǒng) 
					 
						氣源配置 
					 
						氫氣、甲烷 、氮?dú)狻鍤?、氧?/span>5路氣源,額外預(yù)留一路備用 
					 
						氣體流量控制 
					 
						體流量通過MFC進(jìn)行控制,根據(jù)腔體大小選取合適量程的流量計(jì),不同流量大小會影響升壓時(shí)間,一般情況下流量比氫氣:甲烷:氮?dú)?/span>:氬氣:氧氣為40:1:1:40:1 
					 
						進(jìn)氣孔設(shè)置 
					 
						合理的進(jìn)氣孔設(shè)置,保證進(jìn)氣均勻性 
					 
						水冷系統(tǒng) 
					 
						水冷機(jī)功率 
					 
						水冷機(jī)制冷功率、揚(yáng)程應(yīng)與設(shè)備發(fā)熱量及冷卻水流量匹配,且溫度可調(diào),一般設(shè)置在20℃左右 
					 
						閥門 
					 
						沉積腔體、陰極、陽極都需要進(jìn)行冷卻,需要設(shè)置分水器,并在分水器上各分路進(jìn)出水口設(shè)置手動閥門 
					 
						工作溫度 
					 
						陽極工作溫度為600-1100℃,陰極工作溫度為700-1100℃ 
					 
						電源 
					 
						工作電壓 
					 
						600~1200V,輸出電壓可調(diào) 
					 
						工作電流 
					 
						6~15A 
					 
						控制系統(tǒng) 
					 
						  
					 
						1)    氣體流量控制; 
					 
						2)    電極升降控制,陰陽極間距實(shí)時(shí)顯示,控制精度1mm; 
					 
						3)    陰陽極及襯底溫度監(jiān)測與顯示; 
					 
						4)    部分功能可以手動調(diào)節(jié),如氣壓; 
					 
						5)    故障報(bào)警,防止誤操作; 
					 
						電極 
					 
						  
					 
						1)   陽極直徑60mm,材質(zhì)為銅 
					 
						2)   陰極直徑80~100mm,材質(zhì)為鉬,長時(shí)間使用后,陰極表面易沉積碳從而導(dǎo)致放電不穩(wěn)定,因此需要設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu); 
					 
						3)   陰陽極間距可調(diào),范圍10~60mm,距離實(shí)時(shí)顯示,調(diào)節(jié)精度1mm; 
					 
						4)   陰陽極邊緣可以倒小圓角,防止邊緣放電; 
					 
						5)   陽極可以加負(fù)偏壓,偏壓范圍0~400V; 
					 
						6)   電極邊緣做絕緣處理,防止邊緣放電; 
					 
						  
					 
						  
					
		
			
				 
			
					 
				
					 
				
					 
			
				 
			
					 
				
					 
			
				 
			
					 
				
					 
			
				 
			
					 
				
					 
				
					 
			
				 
			
					 
				
					 
			
				 
			
					 
				
					 
			
				 
			
					 
				
					 
			
				 
			
					 
				
					 
			
				 
			
					 
				
					 
			
				 
			
					 
				
					 
			
				 
			
					 
				
					 
				
					 
			
				 
			
					 
				
					 
			
				 
			
					 
				
					 
			
				 
			
					 
				
					 
				
					 
			
				 
			
					 
				
					 
			
				 
			
					 
				
					 
			
				 
			
					 
				
					 
				
					 
			
				 
			
					 
				
					 
			
				 
			
					 
				
					 
			
				 
		
	
					 
				
					 
			
 
    
    
                            
                            
                            
                            
                            
                            
                            
                            
                            
                            
                            
                            