專利名稱：氣體內(nèi)循環(huán)型熱絲cvd金剛石膜生長裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金剛石膜生長裝置，尤其涉及氣體內(nèi)循環(huán)型熱絲CVD金剛石膜生長裝置。
背景技術(shù)：
由于具有良好的光學(xué)、力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定等特性，金剛石涂層在工業(yè)以及日常生活領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。最初的金剛石合成主 要是高溫高壓法，雖然有制備條件苛刻、合成質(zhì)量不高、成本較大等諸多劣勢，但是其仍然是制備金剛石的首選方法。在過去的二十年間，低溫低壓化學(xué)氣相沉積金剛石膜的研究，倍受世界各國研究者的關(guān)注。目前，常用的制備方法主要有微波CVD、熱絲CVD、直流電弧等離子體、燃燒法等，其共性是稀釋在過量氫氣中的低分子碳烴氣體在一定能量的激發(fā)下產(chǎn)生的等離子體，通過適宜的沉積條件在基片上沉積金剛石膜，但是生長速率低，生長面積小，成膜質(zhì)量低仍是目前亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種大面積、高速率、廉價(jià)的氣體內(nèi)循環(huán)型熱絲CVD金剛石膜生長裝置。為解決上述問題，本發(fā)明所述的氣體內(nèi)循環(huán)型熱絲CVD金剛石膜生長裝置，其特征在于該裝置包括內(nèi)設(shè)反應(yīng)腔的密閉真空室；所述反應(yīng)腔內(nèi)壁頂端設(shè)有風(fēng)扇，該風(fēng)扇的下方設(shè)有多根并排直鎢絲構(gòu)成的熱絲陣列；所述熱絲陣列的兩端接直流電，其下方設(shè)有襯底盤，該襯底盤上設(shè)有熱電偶；所述風(fēng)扇的側(cè)上方的所述真空室外壁設(shè)有進(jìn)氣口 ；所述真空室外壁側(cè)下方設(shè)有抽氣口。所述進(jìn)氣口的進(jìn)氣流量和所述抽氣口的抽氣流量均為(T200 seem。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)
I、由于本發(fā)明中設(shè)有多根并排直鎢絲構(gòu)成的熱絲陣列，從而形成大面積均勻溫度場，相對微波CVD來說，沉積的膜面積很大，因此，可以實(shí)現(xiàn)金剛石膜的大面積生長。2、由于本發(fā)明中熱絲陣列上方設(shè)有風(fēng)扇，因此，可以在沉積面產(chǎn)生高流速反應(yīng)氣體，使得在沉積表面有足夠多的活性基團(tuán)，從而實(shí)現(xiàn)金剛石膜的高速率生長；同時(shí)可以在反應(yīng)腔內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)氣流，使得氫氣在腔內(nèi)反復(fù)參與沉積，從而減少氫氣的消耗。3、常規(guī)熱絲CVD的沉積速率一般在f 10 u m/h,而本發(fā)明增大氣流速率后其沉積速率會增加到100 u m/h,是常規(guī)方法的100倍。4、通常采用的熱絲CVD中，氫氣是一次性使用，浪費(fèi)極大，而本發(fā)明僅需要10^50sccm的氫氣流量即可保持金剛石膜的高速生長,相對于常規(guī)CVD的IOOOsccm來說,氫氣消耗量減少了 8(T90%，這對于連續(xù)生長和生長膜時(shí)很有必要。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中I一熱絲陣列 2—襯底盤 3—熱電偶 4一風(fēng)扇 5—進(jìn)氣口 6—抽氣□。
具體實(shí)施例方式氣體內(nèi)循環(huán)型熱絲CVD金剛石膜生長裝置，該裝置包括內(nèi)設(shè)反應(yīng)腔的密閉真空室。反應(yīng)腔內(nèi)壁頂端設(shè)有風(fēng)扇4，該風(fēng)扇4的下方設(shè)有多根并排直鎢絲構(gòu)成的熱絲陣列I ;熱絲陣列I的兩端接直流電，其下方設(shè)有襯底盤2，該襯底盤2上設(shè)有熱電偶3 ;風(fēng)扇4的側(cè)上方的真空室外壁設(shè)有進(jìn)氣口 5 ;真空室外壁側(cè)下方設(shè)有抽氣口 6。其中進(jìn)氣口 5的進(jìn)氣流量和抽氣口 6的抽氣流量均為(T200 seem。工作時(shí)，先將預(yù)先清洗干凈的硅片襯底放在襯底盤2上，然后用機(jī)械泵和分 子泵將反應(yīng)腔內(nèi)的壓強(qiáng)抽至10_3 10_4Pa。通過增加直流電的電壓加熱熱絲陣列I到180(T200(rC，從進(jìn)氣口 5將200sccm的CH4+H2 (體積比為I :1)通入反應(yīng)腔，同時(shí)開啟風(fēng)扇4，調(diào)整電壓，使熱絲陣列I溫度穩(wěn)定在2000°C，反應(yīng)氣壓為3000Pa，此時(shí)風(fēng)扇4所產(chǎn)生的氣流以IOOOsccm以上的速度通過熱絲陣列1，由于熱絲陣列I的熱解及離化作用，在熱絲陣列I周圍產(chǎn)生大范圍的等離子體(其中含有大量的碳?xì)渌槠?，碳?xì)渌槠诠枰r底表面逐漸吸附并外延形成金剛石膜，反應(yīng)后的殘余氣體在溫度小于500°C的地方復(fù)合為氫分子及其它碳?xì)浠衔铩Ｓ捎陲L(fēng)扇4的單向送氣特性，必然在反應(yīng)腔內(nèi)形成循環(huán)氣流，這樣氫氣在整個(gè)反應(yīng)中將被反復(fù)利用。在反應(yīng)過程中，只需維持通入的014和&比例及反應(yīng)腔內(nèi)反應(yīng)氣壓不變，整個(gè)沉積過程即可持續(xù)不斷進(jìn)行。等到生長到需求的厚度后，即可停止反應(yīng)氣體的通入，同時(shí)緩慢的降低熱絲陣列I兩端的直流電電壓，直到電壓降為0，同時(shí)真空室自然冷卻，直至反應(yīng)腔內(nèi)溫度達(dá)到室溫即可打開反應(yīng)腔，取出樣品。
權(quán)利要求
1.氣體內(nèi)循環(huán)型熱絲CVD金剛石膜生長裝置，其特征在于該裝置包括內(nèi)設(shè)反應(yīng)腔的密閉真空室；所述反應(yīng)腔內(nèi)壁頂端設(shè)有風(fēng)扇(4)，該風(fēng)扇(4)的下方設(shè)有多根并排直鎢絲構(gòu)成的熱絲陣列(I);所述熱絲陣列(I)的兩端接直流電，其下方設(shè)有襯底盤(2)，該襯底盤(2 )上設(shè)有熱電偶(3 );所述風(fēng)扇(4 )的側(cè)上方的所述真空室外壁設(shè)有進(jìn)氣口( 5 );所述真空室外壁側(cè)下方設(shè)有抽氣口(6)。
2.如權(quán)利要求I所述的氣體內(nèi)循環(huán)型熱絲CVD金剛石膜生長裝置，其特征在于所述進(jìn)氣口(5)的進(jìn)氣流量和所述抽氣口(6)的抽氣流量均為(T200 seem。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣體內(nèi)循環(huán)型熱絲CVD金剛石膜生長裝置，該裝置包括內(nèi)設(shè)反應(yīng)腔的密閉真空室。所述反應(yīng)腔內(nèi)壁頂端設(shè)有風(fēng)扇，該風(fēng)扇的下方設(shè)有多根并排直鎢絲構(gòu)成的熱絲陣列；所述熱絲陣列的兩端接直流電，其下方設(shè)有襯底盤，該襯底盤上設(shè)有熱電偶；所述風(fēng)扇的側(cè)上方的所述真空室外壁設(shè)有進(jìn)氣口；所述真空室外壁側(cè)下方設(shè)有抽氣口。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)金剛石膜的大面積、高速率生長，減少氫氣的消耗。
文檔編號C23C16/48GK102719804SQ20121022433
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月2日
發(fā)明者張國志, 張鵬, 滕鳳, 謝二慶, 龔成師 申請人:蘭州大學(xué)