飞秒激光预解离装置及化学气相沉积设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及化学气相沉积技术领域，提供了一种飞秒激光预解离装置，包括飞秒激光解离模块以及高里德堡原子检测模块，所述飞秒激光解离模块与所述高里德堡原子检测模块通过第一管道连通，所述第一管道安设有阀门。还提供一种化学气相沉积设备，包括反应气体供给源、反应腔以及上述的一种飞秒激光预解离装置。本发明专利技术通过飞秒激光解离模块预先将反应气体催化解离，使之在进入反应腔前就解离为CH2或CH，可极大提高生产效率且减少对空气的污染，同时通过高里德堡原子检测模块分析H2、CH3、CH2或CH等气体的成分，并将其反馈至飞秒激光解离模块，供飞秒激光解离模块实时调整优化功率密度和时域分布，可更好地控制催化反应的进程。

Femtosecond laser pre dissociation device and chemical vapor deposition equipment

The invention relates to the technical field of chemical vapor deposition, and provides a femtosecond laser pre-dissociation device, including a femtosecond laser dissociation module and a high Rydberg atom detection module. The femtosecond laser dissociation module is connected with the high Rydberg atom detection module through a first pipeline, and the first pipeline is provided with a valve. The invention also provides a chemical vapor deposition device, including a reaction gas supply source, a reaction chamber and a femtosecond laser pre-dissociation device. The invention can greatly improve the production efficiency and reduce the air pollution by dissociating the reaction gas into CH2 or CH before entering the reaction chamber through the femtosecond laser dissociation module. At the same time, the composition of H2, CH3, CH2 or CH and other gases can be analyzed by the high Rydberg atomic detection module and fed back to the femtosecond excitation. The photodissociation module can be used to adjust and optimize the power density and time-domain distribution in real time for the femtosecond laser dissociation module, which can better control the catalytic reaction process.

【技术实现步骤摘要】
飞秒激光预解离装置及化学气相沉积设备
本专利技术涉及化学气相沉积
，具体为飞秒激光预解离装置及化学气相沉积设备。
技术介绍
化学气相沉积是一种广泛使用的膜材料制备技术，其工作原理是把选定的两种或多种气体通入反应腔室中，气流导向到衬底处，在衬底处通过微波等能场解离，实现气体的化学反应，反应产生的目标单质沉积在衬底上。在现有的采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)生长金刚石的系统中，微波等离子体的作用是使等离子体中的高能电子与中性气体分子发生碰撞，从而使化学键断开、激发和激活工作气体。其过程如下：在腔室中通入两种气体，分别为CH4和H2，当CH4的流量在10-35sccm和H2的流量在463-488sccm时，通过复杂的解离化学反应，可生长出金刚石薄膜。具体的，用微波等离子体化学气相沉积来生长金刚石，实际参与反应的气体有CH4，H2，反应公式非常复杂，主要公式为：H2+hν(Microwave)->H+H(1)CH4+H->CH3+H2(2)CH3+H->CH2+H2(3)CH2+H->CH+H2(4)CH+H->C+H2(5)然而，在使用传统的CVD装置进行金刚石膜沉积时，金刚石膜沉积速率低的问题一直是该技术发展的一大瓶颈，特别是在制备较大面积的高品质金刚石膜时，金刚石膜的沉积速率通常只有1μm/h左右，因为由上述公式可以很明显地看出，想要获得目标反应物C，需要经过4个步骤，并且可以看到在这几个步骤中，会排出很多尾气，包括H2，CH2或CH3或CH4等，还对空气有一定污染。因此，如何提高沉积速率和消除空气污染是大家普遍关心的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种飞秒激光预解离装置及化学气相沉积设备，通过飞秒激光解离模块预先将反应气体催化解离，使之在进入反应腔前就解离为CH2或CH，可极大提高生产效率且减少对空气的污染，同时通过高里德堡原子检测模块分析催化结果，并将其反馈至飞秒激光解离模块，供飞秒激光解离模块实时调整优化功率密度和时域分布，可更好地控制催化反应的进程。为实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：一种飞秒激光预解离装置，包括飞秒激光解离模块以及高里德堡原子检测模块，所述飞秒激光解离模块，用于对反应气体进行催化解离；所述高里德堡原子检测模块，用于分析催化产物并将分析结果反馈至所述飞秒激光解离模块；所述飞秒激光解离模块与所述高里德堡原子检测模块通过第一管道连通，所述第一管道安设有阀门。进一步，所述飞秒激光解离模块包括飞秒激光器以及第二管道，所述第二管道内壁为反射面；所述飞秒激光器，用于发射飞秒激光，催化反应气体；所述第二管道，供所述飞秒激光在其内部进行多次反射；所述第二管道与所述第一管道连通。进一步，所述飞秒激光解离模块还包括用于对所述飞秒激光的光场进行时空调制的延迟光路组件。进一步，所述延迟光路组件包括分束镜、第一反射镜、第二反射镜以及第三反射镜；所述分束镜，用于将所述飞秒激光分为反射光和透射光；所述第一反射镜，用于接收所述透射光并将该透射光原路反射至所述分束镜进行二次反射；所述第二反射镜，用于接收所述分束镜进行二次反射反射来的光并将其原路反射至所述分束镜进行二次透射；所述第三反射镜，用于接收所述反射光以及所述分束镜进行二次透射透射来的光且将两者反射至所述第二管道内。进一步，所述延迟光路组件还包括靠近或远离所述分束镜的移动台，所述第二反射镜安装在所述移动台上。进一步，所述第三反射镜的反射光与所述第二管道内壁的反射面的法线之间的夹角在0-50°之间。进一步，所述延迟光路组件还包括两个衰减片，其中一个所述衰减片安设于所述分束镜与所述第二反射镜之间，另一个所述衰减片安设于所述分束镜与所述第三反射镜之间。进一步，所述飞秒激光的入射脉宽在在7-150fs之间，入射峰值功率为1010W/CM2-1016W/CM2之间，波长在280-1100nm之间。进一步，所述高里德堡原子检测模块包括离子吸收电极板、高压正极电极板、0V电极板以及四极质谱仪；所述离子吸收电极板，用于回收反应过程中产生的正离子；所述高压正极电极板和所述0V电极板，用于将反应气体电离；所述四极质谱仪，用于分析反应气体的成分。本专利技术实施例提供另一种技术方案：一种化学气相沉积设备，包括反应气体供给源以及反应腔，还包括上述的一种飞秒激光预解离装置，所述飞秒激光解离模块的两端分别与所述反应气体供给源以及所述反应腔连通；所述反应腔内设有载片台；所述反应腔具有抽气口。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、通过飞秒激光解离模块预先将反应气体催化解离，使之在进入反应腔前就解离为CH2或CH，可极大提高生产效率且减少对空气的污染，同时通过高里德堡原子检测模块分析H2、CH3、CH2或CH等气体的成分，并将其反馈至飞秒激光解离模块，供飞秒激光解离模块实时调整优化功率密度和时域分布，可更好地控制催化反应的进程。2、通过第二管道，实现飞秒激光的多次反射，增加其与流经第二管道的气体的作用次数，催化CH4与H2两种气体的反应，提高化学反应的反应率。3、通过延迟光路组件对飞秒激光的光场进行时空调制，使飞秒激光分成具有延迟间隔的两束光束，从而能够保证光束的能量被有效地利用，以此提高飞秒激光催化解离的效率和深度，同时终极反应(CH+H->C+H2)又能被有效抑制。4、通过移动台的移动来灵活地调整第二反射镜与分束镜之间的距离，便于实时调整两束光之间的时间间隔。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种化学气相沉积设备的示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种飞秒激光预解离装置的飞秒激光解离模块的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种飞秒激光预解离装置的高里德堡原子检测模块的示意图；附图标记中：1-飞秒激光预解离装置；10-飞秒激光解离模块；11-高里德堡原子检测模块；12-阀门；13-第一管道；14-第二管道；15-反射面；20-飞秒激光器；21-分束镜；22-第一反射镜；23-第二反射镜；24-第三反射镜；25-移动台；26-衰减片；27-飞秒激光双脉冲序列；30-离子吸收电极板；31-高压正极电极板；32-0V电极板；33-四极质谱仪；4-气体供给源；5-反应腔；6-载片台；7-抽气口。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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它实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1、图2以及图3，本专利技术实施例提供一种飞秒激光预解离装置，包括飞秒激光解离模块10以及高里德堡原子检测模块11。其中，飞秒激光解离模块10用于对反应气体进行催化解离；高里德堡原子检测模块11用于分析催化产物并将分析结果反馈至所述飞秒激光解离模块10。在本实施例中，通过飞秒激光解离模块10，可在CH4气体进入化学气相沉积设备反应腔5前就解离为CH2或CH，如此可省略好几个步骤，从而极大提高反应效率。另外，在本实施例中，高里德堡原子检测模块11作为辅助模块，其作用是分析催化产物的的成分，具体的，这些催化产物可以是H2、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞秒激光预解离装置，其特征在于：包括飞秒激光解离模块以及高里德堡原子检测模块，所述飞秒激光解离模块，用于对反应气体进行催化解离；所述高里德堡原子检测模块，用于分析催化产物并将分析结果反馈至所述飞秒激光解离模块；所述飞秒激光解离模块与所述高里德堡原子检测模块通过第一管道连通，所述第一管道安设有阀门。

【技术特征摘要】
1.一种飞秒激光预解离装置，其特征在于：包括飞秒激光解离模块以及高里德堡原子检测模块，所述飞秒激光解离模块，用于对反应气体进行催化解离；所述高里德堡原子检测模块，用于分析催化产物并将分析结果反馈至所述飞秒激光解离模块；所述飞秒激光解离模块与所述高里德堡原子检测模块通过第一管道连通，所述第一管道安设有阀门。2.如权利要求1所述的一种飞秒激光预解离装置，其特征在于：所述飞秒激光解离模块包括飞秒激光器以及第二管道，所述第二管道内壁为反射面；所述飞秒激光器，用于发射飞秒激光，催化反应气体；所述第二管道，供所述飞秒激光在其内部进行多次反射；所述第二管道与所述第一管道连通。3.如权利要求2所述的一种飞秒激光预解离装置，其特征在于：所述飞秒激光解离模块还包括用于对所述飞秒激光的光场进行时空调制的延迟光路组件。4.如权利要求3所述的一种飞秒激光预解离装置，其特征在于：所述延迟光路组件包括分束镜、第一反射镜、第二反射镜以及第三反射镜；所述分束镜，用于将所述飞秒激光分为反射光和透射光；所述第一反射镜，用于接收所述透射光并将该透射光原路反射至所述分束镜进行二次反射；所述第二反射镜，用于接收所述分束镜进行二次反射反射来的光并将其原路反射至所述分束镜进行二次透射；所述第三反射镜，用于接收所述反射光以及所述分束镜进行二次透射透射来的光且将两者反射至所述第二管道内。5.如权利要求4所述的一种飞...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹强，刘胜，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42