一种微波等离子体化学气相沉积系统技术方案

本发明专利技术提供一种微波等离子体化学气相沉积系统。所述系统包括依次相连的微波源、微波传输单元、模式转换模块和等离子体放电单元，所述微波源包括磁控管、电源模块和电源控制模块，电源模块用于为磁控管提供工作电压，电源控制模块用于通过对电源模块进行控制使磁控管输出功率稳定的微波信号。本发明专利技术通过在微波源设置电源控制模块，对用于对磁控管供电的电源模块进行自动控制，能够使磁控管输出功率稳定的微波信号，从而提高了所述微波等离子体化学气相沉积系统的性能指标。学气相沉积系统的性能指标。学气相沉积系统的性能指标。

【技术实现步骤摘要】
一种微波等离子体化学气相沉积系统


[0001]本专利技术属于微波等离子体设备
，具体涉及一种微波等离子体化学气相沉积系统。

技术介绍

[0002]等离子体主要通过加热、放电的方式促使气体分子发生电离获得。最常见的产生等离子体的方法有直流放电、射频放电和微波放电等，而微波放电产生的等离子体与上述几种方法相比，它的电离度比较高，而且微波放电产生的等离子体比较纯净，是薄膜沉积、微细加工和材料表面改性的一种重要手段。微波等离子体化学气相沉积方法(Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition，MPCVD)就是利用微波放电，在反应室中产生等离子体，并在基片上沉积得到金刚石薄膜。在微波等离子体化学气相沉积系统中，沉积气体在微波能量的作用下激发成等离子体状态，电子在高频电磁场作用下产生剧烈振荡，从而大大地促进了其与别的原子、离子、基团及分子的碰撞，这样反应气体的离化程度可达到10％以上，从而使反应室中充满了过饱和的原子氧和含碳基团，提高了沉积速率，改善了金刚石膜的沉积质量。MPCVD装置按反应室的不同可以分为石英管式MPCVD装置、石英钟罩式MPCVD装置和带有微波耦合窗口的不锈钢谐振腔式MPCVD装置。三种装置的工作原理大致相同，以石英钟罩式MPCVD装置为例，其组成示意图如图2所示，其工作原理是：微波源输出的微波信号经波导传输至石英钟罩，在石英钟罩的外面利用同轴天线辐射形成驻波场，在石英钟罩内形成微波等离子体，它的等离子区域较石英管式系统的大，而且等离子体的分布比较均匀，其直径可达到5厘米，薄膜的沉积温度超过了900℃。
[0003]微波源是MPCVD系统的核心部件，作为激发和维持微波等离子体的直接动力，微波电源具有十分重要的作用，其输出功率大小、稳定程度等指标直接决定了等离子体的各种参数，在一定程度上决定了MPCVD系统的总体性能。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种微波等离子体化学气相沉积系统。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0006]一种微波等离子体化学气相沉积系统，包括依次相连的微波源、微波传输单元、模式转换模块和等离子体放电单元，所述微波源包括磁控管、电源模块和电源控制模块，电源模块用于为磁控管提供工作电压，电源控制模块用于通过对电源模块进行控制使磁控管输出功率稳定的微波信号。
[0007]进一步地，所述微波传输单元包括波导、微波环形器、电动三销钉调配器和水负载。
[0008]进一步地，所述电源模块包括磁场电源电路、电场电源电路和灯丝电源电路。
[0009]更进一步地，所述电源控制模块包括单片机以及与单片机相连的灯丝电流采样电
路、阳极电流采样电路和D/A转换器，D/A转换器的输出端与电源模块的控制端相连。
[0010]更进一步地，所述单片机根据灯丝电流采样电路的输出电压，基于PID算法计算控制电压值，经D/A转换器后输出模拟控制电压至灯丝电源电路的输出电压控制端，使灯丝电流保持恒定。
[0011]更进一步地，所述单片机根据灯丝电流采样电路的输出电压和阳极电流采样电路的输出电压，计算控制电压值，经D/A转换器后输出模拟控制电压至灯丝电源电路的输出电压控制端，使阳极电流保持恒定。
[0012]更进一步地，所述电源控制模块还包括启动保护电路，所述启动保护电路包括串联在电源输入端的限流电阻以及并联在所述限流电阻两端的电子开关，所述电子开关的控制端与单片机的一个I/O口相连；所述电子开关在单片机的控制下，刚启动时断开，进行降压启动；启动一段时间后闭合。
[0013]更进一步地，所述电源控制模块还包括缺相保护电路，所述缺相保护电路包括与三相交流电相连的平衡检测电路、用于隔离的光耦电路和比较器；正常时平衡检测电路输出为0；发生缺相时，平衡检测电路输出电压经光耦电路使比较器输出高电平至单片机，单片机输出控制信号断开三相交流电。
[0014]优选地，所述磁控管为CK
‑
619型磁控管。
[0015]优选地，所述单片机为ATmega16L型单片机。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果。
[0017]本专利技术提出的微波等离子体化学气相沉积系统，包括依次相连的微波源、微波传输单元、模式转换模块和等离子体放电单元，所述微波源包括磁控管、电源模块和电源控制模块。本专利技术通过在微波源设置电源控制模块，对用于对磁控管供电的电源模块进行自动控制，能够使磁控管输出功率稳定的微波信号，从而提高了所述系统的性能指标。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例一种微波等离子体化学气相沉积系统的组成框图。
[0019]图2为石英钟罩式MPCVD系统组成示意图。
[0020]图3为电源控制模块的组成示意图。
[0021]图4为灯丝电流与阳极电流关系图。
[0022]图5为缺相保护电路的一种电路原理图。
[0023]图中：1
‑
微波源，11
‑
磁控管，12
‑
电源模块，13
‑
电源控制模块，131
‑
单片机，132
‑
灯丝电流采样电路，133
‑
阳极电流采样电路，134
‑
D/A转换器，135
‑
启动保护电路，136
‑
缺相保护电路，2
‑
微波传输单元，3
‑
模式转换模块，4
‑
等离子体放电单元。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步说明。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他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]图1为本专利技术实施例一种微波等离子体化学气相沉积系统的组成框图，所述系统
包括依次相连的微波源1、微波传输单元2、模式转换模块3和等离子体放电单元4，所述微波源1包括磁控管11、电源模块12和电源控制模块13，电源模块12用于为磁控管11提供工作电压，电源控制模块13用于通过对电源模块12进行控制使磁控管11输出功率稳定的微波信号。
[0026]本实施例中，所述系统主要由微波源1、微波传输单元2、模式转换模块3和等离子体放电单元4组成，各个模块的连接关系如图1所示。下面分别对每个模块进行介绍。
[0027]微波源1，主要用于产生大功率微波信号。微波信号一般由微波管产生，微波管可分为两大主要类型，即微波电子管和微波晶体管。其中，微波电子管又可分为磁控管11、速调管以及行波管等类型。本实施例的微波源1选用磁控管11，磁控管11具有结构简易、体积小巧、重量轻便等特点，使用起来极为容易，同时其输出功本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波等离子体化学气相沉积系统，其特征在于，包括依次相连的微波源、微波传输单元、模式转换模块和等离子体放电单元，所述微波源包括磁控管、电源模块和电源控制模块，电源模块用于为磁控管提供工作电压，电源控制模块用于通过对电源模块进行控制使磁控管输出功率稳定的微波信号。2.根据权利要求1所述的微波等离子体化学气相沉积系统，其特征在于，所述微波传输单元包括波导、微波环形器、电动三销钉调配器和水负载。3.根据权利要求1所述的微波等离子体化学气相沉积系统，其特征在于，所述电源模块包括磁场电源电路、电场电源电路和灯丝电源电路。4.根据权利要求3所述的微波等离子体化学气相沉积系统，其特征在于，所述电源控制模块包括单片机以及与单片机相连的灯丝电流采样电路、阳极电流采样电路和D/A转换器，D/A转换器的输出端与电源模块的控制端相连。5.根据权利要求4所述的微波等离子体化学气相沉积系统，其特征在于，所述单片机根据灯丝电流采样电路的输出电压，基于PID算法计算控制电压值，经D/A转换器后输出模拟控制电压至灯丝电源电路的输出电压控制端，使灯丝电流保持恒定。6.根据权利要求4所述的微波等离子体化学气相沉积系统，其特征在于，所述单片机根据灯...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓易洺，肖柏汲，
申请(专利权)人：广东熹钻技术有限公司，
类型：发明
国别省市：