微波功率合成系统及微波等离子体化学气相沉积反应系统技术方案

本申请提供了一种微波功率合成系统及微波等离子体化学气相沉积反应系统，包括：注入锁定系统，包括微波固态信号源，功分器，多个磁控管，多个环行器和多个定向耦合器，微波固态信号源经功分器功分后输出的微波信号经环行器注入磁控管内，以对多个磁控管所产生的微波的频率进行锁定，并将锁定频率后的微波经定向耦合器内耦合到功率合成系统内；相位调节系统，包括移相器，移相器与功分器连接，用于调节微波固态信号源经功分器功分后输出的各路微波的相位；功率合成系统，包括功率合成腔和多个微波馈口，功率合成腔与多个微波馈口连通。通过本实用新型专利技术的系统，具有成本大幅度降低的同时，微波功率合成效率高的优点。微波功率合成效率高的优点。微波功率合成效率高的优点。

【技术实现步骤摘要】
微波功率合成系统及微波等离子体化学气相沉积反应系统


[0001]本申请涉及微波等离子体化学气相沉积
，特别是涉及一种微波功率合成系统及微波等离子体化学气相沉积反应系统。

技术介绍

[0002]目前，微波等离子体化学气相沉积技术利用微波能量使反应气体产生等离子体参与化学气相沉积过程，等离子体可提高化学气相沉积的过程中的反应速率、降低反应温度。是一种在很多薄膜沉积领域常用的技术，如金刚石、石墨烯等。以单晶金刚石为例：
[0003]单晶金刚石是一种古老的晶体材料,经过精心设计和雕琢的单晶金刚石即为钻石，自古以来就由于其炫目的外观和坚硬的品质而被人们视为珍宝。随着科学技术的进步，单晶金刚石的各种优异材料性能逐渐被挖掘出来,这种古材料在近几十年再次成为学者们研究的热点。单晶金刚石具有优良的导热性能，高品质单晶金刚石在室温下热导率可达2000W/(m
·
K)，单晶金刚石同时还具有极高的硬度、从紫外到红外的宽波段透过能力、较高的禁带宽度和击穿场强、非常高的载流子迁移率以及极强的耐腐蚀能力。如此众多优良品质集一身的金刚石材料在精密加工、高频通信、航空航天等领域都有着广阔的应用前景。在各类人造金刚石技术中，微波等离子体化学气相沉积单晶金刚石生长技术由于其微波无污染、气体原料纯净等优势而在众多单品金刚石制备方法中脱颖而出，成为制备大尺寸、高品质单晶金刚石最有发展前景的技术之—。
[0004]研究发现在微波等离子体化学气相沉积单晶金刚石工艺中，最佳的沉积温度在800℃
‑
1300℃之间。另外，金刚石的沉积速率与等离子体密度有直接的关系，只有在微波功率密度足够大情况下，等离子体的密度才会足够高，金刚石的沉积速率才会提高。基于此，大功率的微波源可以为金刚石的生长提供最佳的生长温度条件，也可以提高金刚石的生长速率。
[0005]当今所应用的沉积单晶金刚石的设备的工作频率主要是2450MHz和915MHz，其中工作频率为2450MHz的设备需要使用3
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10Kw的微波源，工作频率为915MHz的设备更是需要采用高于60Kw的微波源，才能保证合成的金刚石的品质和速率。然而采用如此大功率的微波源的价格十分昂贵，无疑增加了工厂和科研单位的负担，阻碍了金刚石的大规模化生产，间接影响了研制新晶体或其他薄膜材料的研究进程。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本技术第一方面提供了微波功率合成系统，具有成本大幅度降低的同时，微波功率合成效率高的优点。
[0007]本技术的技术方案是：
[0008]一种基于注入锁定的微波功率合成系统，包括：
[0009]注入锁定系统，包括微波固态信号源，功分器，多个磁控管，多个环行器和多个定向耦合器，所述微波固态信号源经功分器功分后输出的微波信号经所述环行器注入所述磁
控管内，以对多个所述磁控管所产生的微波的频率进行锁定，并将锁定频率后的微波经所述定向耦合器耦合到功率合成系统内；
[0010]相位调节系统，包括移相器，所述移相器与所述功分器连接，用于调节所述微波固态信号源经所述功分器功分后输出的各路微波的相位，实现对于各路磁控管输出微波的相位调节；
[0011]功率合成系统，包括功率合成腔和多个微波馈口，所述功率合成腔与多个所述微波馈口经所述环行器与所述定向耦合器后连通，所述功率合成腔用于将多个微波馈口馈入的微波经注入锁定频率和注入调节相位之后进行合成。
[0012]作为优选方案之一，多个所述微波馈口相对于所述功率合成腔的中心轴线相互对称。
[0013]作为优选方案之一，所述微波功率合成系统，还包括：
[0014]控制系统，包括鉴相器、数据采集系统及上位机，所述鉴相器采集经注入锁定之后的多路磁控管输出微波的相位差，经所述上位机反馈给所述移相器，所述移相器根据所述上位机所反馈的数据以调节所述微波固态信号源经功分器功分后输出的各路微波的相位，以实现对于各路磁控管输出微波的相位差控制。
[0015]本技术第二方面还提供了一种微波等离子体化学气相沉积反应系统，包括微波等离子体反应腔，所述微波等离子体反应腔连通有上所述的功率合成腔，所述功率合成腔内设置向所述微波等离子体反应腔的方向延伸的耦合天线；其中，
[0016]所述功率合成腔将合成后的微波通过所述耦合天线馈入到所述微波等离子体反应腔内，以使所述微波等离子体反应腔内的工作气体发生电离形成等离子体。
[0017]作为优选方案之一，所述微波馈口包括同轴波导、矩形波导、圆波导和喇叭波导中的任意一种。
[0018]作为优选方案之一，所述功率合成腔和所述微波等离子体反应腔之间设置有微波模式转换腔，所述微波模式转换腔用于转换所述微波等离子体反应腔内的微波模式。
[0019]作为优选方案之一，所述微波模式转换腔与所述微波等离子体反应腔相连接的一端设置石英片，所述石英片用于使所述微波等离子体反应腔形成真空环境。
[0020]作为优选方案之一，所述功率合成腔的形状类型和所述微波模式转换腔的形状类型相同，所述形状类型包括椭圆柱、圆柱、多棱柱、球形和半球形中的任意一种。
[0021]与现有技术相比，本申请包括以下优点：
[0022]本技术提出一种微波功率合成系统，包括：注入锁定系统，包括微波固态信号源，功分器，多个磁控管，多个环行器和多个定向耦合器，所述微波固态信号源经功分器功分后输出的微波信号经所述环行器注入所述磁控管内，以对多个所述磁控管所产生的微波的频率进行锁定，并将锁定频率后的微波经所述定向耦合器耦合到功率合成系统内；相位调节系统，包括移相器，所述移相器与所述功分器连接，用于调节所述微波固态信号源经所述功分器功分后输出的各路微波的相位，实现对于多路磁控管输出微波的相位差调节；功率合成系统，包括功率合成腔和多个微波馈口，所述功率合成腔与多个所述微波馈口经所述环行器与所述定向耦合器后连通，所述功率合成腔用于将多个微波馈口馈入的微波经注入锁定频率和注入调节相位之后进行合成。
[0023]通过采用本申请的技术方案，基于注入锁定技术，通过向磁控管内注入频率输出
稳定，频谱带宽很窄的微波固态信号源所输出的微波，使微波固态信号源输出与磁控管的频率相接近的信号，通过环形器将信号注入磁控管内来改变磁控管内的电子振荡频率使得磁控管的频率与信号的频率一致，从而将多个磁控管输出的频率进行锁定，以保证每个磁控管输出的微波的频率相同。在频率相同的前提下，再基于注入相位调节技术，通过移相器调节微波固态信号源经功分器功分后所输出多路微波的相位，从而使得经功分信号注入磁控管所输出的微波之间的相位同相；
[0024]由于微波合成效率是与多微波源之间的频率、相位和功率比相关，通过功率合成系统，将多个小功率磁控管经注入锁定频率和注入调节相位后所输出的微波在功率合成腔内合成，在保证电场聚焦在微波等离子体反应腔内所放置的样品台上的同时，有效增加电场强度，由于多个小功率磁控管的总成本远远低于大功率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波功率合成系统，其特征在于，包括：注入锁定系统，包括微波固态信号源，功分器，多个磁控管，多个环行器和多个定向耦合器，所述微波固态信号源经功分器功分后输出的微波信号经所述环行器注入所述磁控管内，以对多个所述磁控管所产生的微波的频率进行锁定，并将锁定频率后的微波经所述定向耦合器耦合到功率合成系统内；相位调节系统，包括移相器，所述移相器与所述功分器连接，用于调节所述微波固态信号源经所述功分器功分后输出的各路微波的相位，实现对于各路磁控管输出微波的相位调节；功率合成系统，包括功率合成腔和多个微波馈口，所述功率合成腔与多个所述微波馈口经所述环行器与所述定向耦合器后连通，所述功率合成腔用于将多个微波馈口馈入的微波经注入锁定频率和注入调节相位之后进行合成。2.根据权利要求1所述的一种微波功率合成系统，其特征在于，多个所述微波馈口相对于所述功率合成腔的中心轴线相互对称。3.根据权利要求1所述的一种微波功率合成系统，其特征在于，所述微波功率合成系统，还包括：控制系统，包括鉴相器、数据采集系统及上位机，所述鉴相器采集各路微波源之间的相位差，经所述上位机反馈给所述移相器，所述移相器根据所述上位机所反馈的数据以调节所述微波固态信号源经功分器功分后输出的各路微波的相位。4.一种微波等离子体化学气相沉积反应系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄劢韦，钟南亚，
申请(专利权)人：成都弘钻科技有限公司，
类型：新型
国别省市：