基于微波相控发射的MPCVD装置及其温度均匀性改进方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于微波相控发射的MPCVD装置及其温度均匀性改进方法，所述方法包括：通过微波在一腔体内激发等离子体球，所述微波由第一波源发射，所述腔体内可提供真空环境；获取所述等离子体球的热图像，根据所述等离子体球的热图像，确定目标区域；通过平面聚焦天线阵将第二波源发出的电磁波能量聚焦在目标区域，实现通过聚焦的方式对所述目标区域进行温度补偿。本发明专利技术可通过对等离子体球的温度补偿来改善其温度分布均匀性，从而解决制备的金刚石膜厚度不均匀的问题，可实现大面积的金刚石膜沉积。膜沉积。膜沉积。

【技术实现步骤摘要】
基于微波相控发射的MPCVD装置及其温度均匀性改进方法


[0001]本专利技术涉及等离子体激发装置
，具体涉及一种基于微波相控发射的MPCVD装置及其温度均匀性改进方法。

技术介绍

[0002]金刚石膜拥有许多优异的性能，如：极高的硬度和弹性模量、极高的室温热导率、相对宽的禁带和电磁波透过范围、极佳的介电和绝缘性能、优异的半导体性能、良好的化学稳定性、极高的抗辐射阈值等，因而是众多传统及高
中迫切需要的一种新材料。微波等离子化学气相沉积是目前制备高质量金刚石膜的最佳方法，它具有无极放电，放电区域能量集中且分布均匀等优点，可以实现高纯度金刚石膜的快速沉积。微波等离子化学气相沉积法以其可控的高质量在近30年来发展迅速，金刚石膜的大面积沉积可以极大地降低成本，进一步促进金刚石膜的工业化应用。
[0003]微波等离子体的激发装置现已经有了不少的研究成果，例如，采用的一种微波等离子体的激发装置，使用磁控管发出微波，然后通过模式转换天线耦合到谐振腔内，促使等离子体的激发；或例如，利用环形波导内壁缝隙将微波馈入到圆柱腔体，在大气压下激发等离子体。
[0004]传统的MPCVD装置(即微波等离子体的激发装置)都是单频单模腔，腔体中所激发的等离子体场，其温度分布不均匀，温度高的地方金刚石膜沉积速率高于温度低的地方，同时高温度区域一定程度上还会抑制低温度区域金刚石膜的生长，使得金刚石膜厚度不均匀，而厚度不均匀会使金刚石表面产生许多微裂纹，甚至开裂、爆膜等质量缺陷，造成金刚石膜沉积速率缓慢、良品率低，限制了大尺寸高纯单晶金刚石的生长。

技术实现思路

[0005]鉴于以上技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于微波相控发射的MPCVD装置及其温度均匀性改进方法，解决传统的微波等离子体的激发装置温度分布不均匀使得制备的金刚石膜厚度不均匀的问题。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]基于微波相控发射的MPCVD装置的温度均匀性改进方法，包括以下步骤：
[0008]通过微波在一腔体内激发等离子体球，所述微波由第一波源发射，所述腔体内可提供低压环境；
[0009]获取等离子体球的热图像，根据所述等离子体球的热图像，确定目标区域；
[0010]通过平面聚焦天线阵将第二波源发出的电磁波能量聚焦在目标区域，实现通过聚焦的方式对所述目标区域进行温度补偿。
[0011]可选的，所述通过平面聚焦天线阵将第二波源发出的电磁波能量聚焦在目标区域，包括：
[0012]所述平面聚焦天线阵包括至少两个天线，所述第二波源向各个天线发送电磁波，
所述各个天线将电磁波传播至目标区域，通过改变每个天线发射电磁波的相位，使目标区域的电磁波的能量加强。
[0013]可选的，所述根据所述热图像确定目标区域，包括：
[0014]根据所述热图像确定等离子体球上温度低于预设温度阈值的低温区域，将所述低温区域作为目标区域。
[0015]可选的，所述通过微波在一腔体内激发等离子体球，包括：
[0016]所述第一波源采用磁控管或固态射频电源，通过磁控管或固态射频电源发射微波，再通过模式转换天线将微波耦合到腔体内，以使腔体内产生设定模式的电场，所述电场电离腔体内气体，从而激发出等离子体球。
[0017]一种基于微波相控发射的MPCVD装置，包括：用于发射微波的第一波源、第二波源、模式转换天线、提供低压环境的腔体、平面聚焦天线阵、用于获取等离子体球的热图像的热像仪和控制单元；
[0018]其中，所述第一波源发出的微波经模式转换天线耦合到所述腔体内，从而激发出等离子体球；所述热像仪将获取等离子体球的热图像发送给控制单元；所述控制单元用于根据所述热图像确定目标区域，并控制所述平面聚焦天线阵将第二波源的电磁波能量聚焦在目标区域，实现通过聚焦的方式对所述目标区域进行温度补偿。
[0019]可选的，所述平面聚焦天线阵包括两个或两个以上的贴片天线。
[0020]可选的，所述腔体内部设有用于提供低压环境的石英环，所述石英环上方设有用于承接等离子体球的沉积台。
[0021]可选的，所述平面聚焦天线阵设置于所述腔体的上表面，以使平面聚焦天线阵将第二波源的电磁波能量聚焦在目标区域。
[0022]一种电子设备，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的温度均匀性改进方法。
[0023]一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时，实现所述的温度均匀性改进方法。
[0024]相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0025]本专利技术通过第一波源(即主源)和第二波源(即从源)实现馈电，例如使用915MHz和5.8GHz两种频率的源实现馈电；通过热像仪的温度反馈观测等离子体球温度的变化，确定目标区域，然后通过平面聚焦天线阵对目标区域实现温度补偿，例如，通过调整平面聚焦天线阵中各天线的相位使各天线单元辐射的能量聚焦在目标区域以实现温度补偿，通过对等离子体球的温度补偿来改善其温度分布均匀性，从而解决制备的金刚石膜厚度不均匀的问题，可实现大面积的金刚石膜沉积。
附图说明
[0026]图1为本专利技术一实施例提供的一种基于微波相控发射的MPCVD装置的温度均匀性改进方法的流程示意图；
[0027]图2a为本专利技术一实施例提供的一种基于微波相控发射的MPCVD装置的框架图；
[0028]图2b为本专利技术一实施例提供的一种基于微波相控发射的MPCVD装置的示意图；
[0029]图2c示出了本专利技术的一种平面聚焦天线阵的示意图；
[0030]图3a为本专利技术一实施例提供的一种理想聚焦点与天线表面之间的距离为200mm时目标区域在实现温度补偿后电场分布的纵切面；
[0031]图3b为本专利技术一实施例提供的一种理想聚焦点与天线表面之间的距离为200mm时目标区域在实现温度补偿后电场分布的横切面；
[0032]图4a为本专利技术一实施例提供的一种理想聚焦点与天线表面之间的距离为400mm时目标区域在实现温度补偿后电场分布的纵切面；
[0033]图4b为本专利技术一实施例提供的一种理想聚焦点与天线表面之间的距离为400mm时目标区域在实现温度补偿后电场分布的横切面；
[0034]图5a为本专利技术一实施例提供的一种理想聚焦点与天线表面之间的距离为800mm时目标区域在实现温度补偿后电场分布的纵切面；
[0035]图5b为本专利技术一实施例提供的一种理想聚焦点与天线表面之间的距离为800mm时目标区域在实现温度补偿后电场分布的横切面；
[0036]图6a为本专利技术一实施例提供的平面聚焦天线阵横向扫描时电场分布的纵切面；
[0037]图6b为本专利技术一实施例提供的平面聚焦天线阵横向扫描时电场分布的横切面；
[0038]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于微波相控发射的MPCVD装置的温度均匀性改进方法，其特征在于，包括以下步骤：通过微波在一腔体内激发等离子体球，所述微波由第一波源发射，所述腔体内可提供低压环境；获取所述等离子体球的热图像，根据所述等离子体球的热图像，确定目标区域；通过平面聚焦天线阵将第二波源发出的电磁波能量聚焦在目标区域，实现通过聚焦的方式对所述目标区域进行温度补偿。2.根据权利要求1所述的基于微波相控发射的MPCVD装置的温度均匀性改进方法，其特征在于，所述通过平面聚焦天线阵阵将第二波源发出的电磁波能量聚焦在目标区域，包括：所述平面聚焦天线阵包括至少两个天线，所述第二波源向各个天线发送电磁波，所述各个天线将电磁波传播至目标区域，通过改变每个天线发射电磁波的相位，使目标区域的电磁波的能量加强。3.根据权利要求1所述的基于微波相控发射的MPCVD装置的温度均匀性改进方法，其特征在于，所述根据所述热图像确定目标区域，包括：根据所述热图像确定等离子体球上温度低于预设温度阈值的低温区域，将所述低温区域作为目标区域。4.根据权利要求1所述的基于微波相控发射的MPCVD装置的温度均匀性改进方法，其特征在于，所述通过微波在一腔体内激发等离子体球，包括：所述第一波源采用磁控管或固态射频电源，通过磁控管或固态射频电源发射微波，再通过模式转换天线将微波耦合到腔体内，以使腔体内产生设定模式的电场，所述电场电离腔体内气体，从而激发出等离子体球。5.一种基于微波相控发射的MPCVD装置，其特征在于，包括：用于发射微波的第一波源、第二波源、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军安，朱骅丞，胡付生，张冠群，
申请(专利权)人：宁波晶钻工业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：