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；