【技术实现步骤摘要】
一种金刚石膜的等离子体电弧沉积装置与方法
本专利技术属于金刚石材料制备
，涉及一种金刚石膜的等离子体电弧沉积装置与方法。采用具有多级磁场控制的直流电弧等离子体装置沉积大面积共形金刚石膜：通过稳弧磁场线圈，扩展弧磁场线圈及引导磁场线圈实现直流电弧等离子体沉积金刚石过程中旋转电弧的产生和稳定，同时扩展并引导电弧使得金刚石沉积面积扩大，避免了阳极积碳所带来对电弧的干扰，实现厚度均匀的大尺寸共形金刚石膜的长期稳定生长。所得共形金刚石膜可进行相应成型加工以制备高导热器件，实现高热流密度器件或窗口的快速散热。技术背景优异的热学性能，尤其是超高的热导率是金刚石众多的优异性能之一。天然的单晶金刚石室温热导率一般都大于2000W/m·K，甚至能够达到2200W/m·K以上，相当于铜热导率的5倍之多。高质量人工化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition,CVD)多晶金刚石膜的导热率也能够接近甚至达到天然金刚石的水平。于此同时，金刚石的热膨胀系数极低，室温下仅为1.0×10-6K-1。这些优异的热学性能使得金刚石在半导...
【技术保护点】
1.一种等离子体电弧沉积共形金刚石膜的装置，其特征在于包括阴极、阳极、稳弧磁场线圈、扩展弧磁场线圈、引导弧磁场线圈、共形沉积衬底、电源。产生电弧的阴极位于所产生的等离子体电弧通道的上方中心位置；稳弧磁场线圈位于电弧通道外部，产生的磁场实现对阴极产生稳定的旋转电弧等离子体；扩展弧磁场线圈位于电弧通道下部，衬底外围；在进一步稳定电弧的同时，扩展旋转电弧与衬底尺寸相适应，实现电弧的大面积稳定旋转导向沉积金刚石的共形衬底；此外，位于共形衬底底部的引导弧磁场线圈则通过产生的磁场引导等离子体向凹陷部分移动，实现不同形状衬底表面的等离子体均匀分布而进一步实现金刚石均匀沉积；电源为等离子体...
【技术特征摘要】
1.一种等离子体电弧沉积共形金刚石膜的装置，其特征在于包括阴极、阳极、稳弧磁场线圈、扩展弧磁场线圈、引导弧磁场线圈、共形沉积衬底、电源。产生电弧的阴极位于所产生的等离子体电弧通道的上方中心位置；稳弧磁场线圈位于电弧通道外部，产生的磁场实现对阴极产生稳定的旋转电弧等离子体；扩展弧磁场线圈位于电弧通道下部，衬底外围；在进一步稳定电弧的同时，扩展旋转电弧与衬底尺寸相适应，实现电弧的大面积稳定旋转导向沉积金刚石的共形衬底；此外，位于共形衬底底部的引导弧磁场线圈则通过产生的磁场引导等离子体向凹陷部分移动，实现不同形状衬底表面的等离子体均匀分布而进一步实现金刚石均匀沉积；电源为等离子体电弧提供稳定大电流的逆变直流电源，从供电角度保障等离子体电弧的稳定性。
2.如权利要求1所述等离子体电弧沉积共形金刚石膜的装置，其特征在于所述产生电弧的阴极带有相应的水冷系统，侧面有气体导入系统；产生电弧的阳极为桶状结构并位于阴极外围，构成电弧通道。
3.如权利要求1所述等离子体电弧沉积共形金刚石膜的装置，其特征在于所述稳弧磁场线圈、扩展弧线圈和引导弧磁场线圈均为0-50V连续可调；所述逆变直流电源在100-500A范围连续可调。
4.一种采用如权利要求1所述等离子体电弧装置沉积共形金刚石膜的方法，其特征在于采用具有多级磁场控制方法沉积共形金刚石膜；其制备过程为：将与等离子体通道喷口尺寸相适应的衬底经过表面处理后放置与沉积台上，抽真空到极限后，充入氩气到定值，给定初设的稳弧磁场线圈和扩弧磁场线圈电压和电流，并设定电源引弧电流，然后利用阴极和阳极间产生的电弧，调节稳弧磁场线圈和扩弧磁场线圈电压稳定电弧，充入氢气；在氩气和氢气的混合气氛中，接着逐步增加等离子体电弧电源的电流，使得衬底达到金刚石生长温度，进行金刚石膜的形核和生长的同时设定衬底底部的引导弧磁场线圈调节等离子体电弧状态和位置后，通入碳源甲烷气体，在经过...
【专利技术属性】
技术研发人员：李成明，郑宇亭，欧阳晓平，魏俊俊，陈良贤，刘金龙，张建军，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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