一種激光微波磁場共同增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激光微波磁場共同增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]化學(xué)氣相沉積法是近幾十年發(fā)展起來的制備無機(jī)材料的新技術(shù)，其應(yīng)用非常廣泛，已經(jīng)廣泛用于提純物質(zhì)、研制新晶體、沉淀各種單晶、多晶及無機(jī)薄膜材料。化學(xué)氣相沉法制備薄膜是利用氣態(tài)的先驅(qū)體反應(yīng)物，通過原子、分子間化學(xué)反應(yīng)的途徑生成薄膜。其制備的薄膜材料具有純度高，致密性好；可以規(guī)模化連續(xù)生產(chǎn)，工藝上易于控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]從工業(yè)化生產(chǎn)角度來看，雖然常規(guī)化學(xué)氣相沉積已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化制備薄膜材料，但是常規(guī)化學(xué)氣相沉積法仍存在沉積速率相對偏低以及沉積溫度相對偏高的問題，造成產(chǎn)品及設(shè)備生產(chǎn)成本相對偏高。因此，如何提高常規(guī)化學(xué)氣相沉積的沉積速率及降低沉積溫度成為了實(shí)現(xiàn)低成本化學(xué)氣相沉積工業(yè)化應(yīng)用的主要考慮因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種激光微波磁場共同增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，以解決常規(guī)化學(xué)氣相沉積設(shè)備制備薄膜時(shí)存在的沉積速率相對偏低及沉積溫度相對偏高的問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)低成本、高速率制備各種功能及結(jié)構(gòu)薄膜。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供一種激光微波磁場共同增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，包括腔體、雙層原料混合噴管、連續(xù)激光發(fā)射器、微波發(fā)生器、加熱臺，腔體的上端面開設(shè)雙層原料混合噴管接口，雙層原料混合噴管豎直穿過腔體的上端面，并與腔體密封連接，加熱臺設(shè)置在腔體內(nèi)部，固定在雙層原料混合噴管的下方，腔體的上端面還設(shè)置開口處并以透明的激光引入窗片密封，連續(xù)激光發(fā)射器固定在激光引入窗片的上方，連續(xù)激光發(fā)射器的激光發(fā)射方向?qū)?zhǔn)加熱臺，激光引入窗片緊密地嵌入腔體上端面的開口中，使腔體保持密封，原料蒸氣、反應(yīng)劑分別通過雙層原料混合噴管的內(nèi)層管、外層管進(jìn)入腔體內(nèi)部。腔體的側(cè)面設(shè)置波導(dǎo)管，導(dǎo)波管外接微波發(fā)生器，腔體的左、右兩側(cè)分別套接一個(gè)環(huán)形電磁鐵，腔體的下端開設(shè)排氣口，真空泵通過排氣口與腔體內(nèi)部連通。
[0006]按上述技術(shù)方案，連續(xù)激光發(fā)射器的光斑直徑為l_500mm。
[0007]按上述技術(shù)方案，加熱臺的表面溫度為25_1200°C。
[0008]按上述技術(shù)方案，微波發(fā)生器的功率為100-5000W。微波發(fā)生器的微波輸出端口與波導(dǎo)管連通，產(chǎn)生的微波經(jīng)波導(dǎo)管傳送至腔體。
[0009]按上述技術(shù)方案，雙層原料混合噴管的下端對準(zhǔn)加熱臺的中部。
[0010]按上述技術(shù)方案，2個(gè)環(huán)形電磁鐵對稱固定于腔體外，產(chǎn)生0.1-10T的磁場，作用于等離子體使其做圓周運(yùn)動(dòng)。
[0011]按上述技術(shù)方案，在雙層原料混合噴管的表面固定加熱器，雙層原料混合噴管的外層管的表面溫度為20-500°C。
[0012]本發(fā)明的工作原理是:通過激光與微波共同作用達(dá)到降低沉積溫度作用。激光由激光引入窗片照射到加熱臺表面，激光只是局部加熱照射區(qū)，使得化學(xué)氣相沉積腔體內(nèi)壁的溫度比加熱臺溫度較低，因而降低了沉積溫度；微波經(jīng)波導(dǎo)管傳送至等離子區(qū)域時(shí)，由于微波能與原料蒸氣和反應(yīng)劑發(fā)生一定的相互作用，加劇分子之間的震動(dòng)，分子間互相產(chǎn)生摩擦，引起原料和反應(yīng)劑溫度的升高，因而降低了沉積溫度。通過引入激光、微波以及磁場三者共同作用，加快薄膜制作過程中的沉積速率。激光能大幅度降低原料分子間的反應(yīng)活化能，從而使得反應(yīng)更快進(jìn)行，沉積速率加快。微波會增加腔體內(nèi)原料與反應(yīng)劑分子的能量，引起原料與反應(yīng)劑分子振蕩，加劇了原料蒸氣與反應(yīng)劑之間的反應(yīng)，使得薄膜沉積速率變快。激光束匯聚于加熱臺表面，在極短時(shí)間內(nèi)讓原料蒸氣與反應(yīng)劑發(fā)生多光子吸收效應(yīng)而電離，電離出的電子在磁場的作用下加速，與其他原子發(fā)生碰撞使分子進(jìn)一步電離，形成等離子體；同時(shí)微波會增加腔體內(nèi)等離子體的能量，引起等離子體振蕩，等離子體碰撞反應(yīng)氣體，使反應(yīng)氣體分解產(chǎn)生等離子體，磁場使得等離子體在磁場的作用下形成橢圓等離子球，顯著提高了加熱臺上方等離子體的密度，從而使得薄膜沉積速率大幅度提高。同時(shí)減少了產(chǎn)品及設(shè)備成本，為低成本工業(yè)化制膜提供保障。
[0013]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:解決常規(guī)化學(xué)氣相沉積設(shè)備制備薄膜時(shí)存在的沉積速率相對偏低及沉積溫度相對偏高的問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)低成本、高速率制備各種功能及結(jié)構(gòu)薄膜。
【附圖說明】
[0014]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
圖1是本發(fā)明實(shí)施例激光微波磁場共同增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
其中:1.連續(xù)激光發(fā)射器；2.激光引入窗片；3.反應(yīng)劑；4.原料蒸氣；5.加熱臺；6.微波發(fā)生器；7.波導(dǎo)管；8.環(huán)形電磁鐵；9.真空泵；10.雙層原料混合噴管。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]本發(fā)明實(shí)施例中，提供一種激光微波磁場共同增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，如圖1所示，包括腔體、雙層原料混合噴管、連續(xù)激光發(fā)射器、微波發(fā)生器、加熱臺，腔體的上端面開設(shè)雙層原料混合噴管接口，雙層原料混合噴管豎直穿過腔體的上端面，并與腔體密封連接，加熱臺設(shè)置在腔體內(nèi)部，固定在雙層原料混合噴管的下方，腔體的上端面還設(shè)置開口處并以透明的激光引入窗片密封，連續(xù)激光發(fā)射器固定在激光引入窗片的上方，連續(xù)激光發(fā)射器的激光發(fā)射方向?qū)?zhǔn)加熱臺，激光引入窗片緊密地嵌入腔體上端面的開口中，使腔體保持密封，原料蒸氣、反應(yīng)劑分別通過雙層原料混合噴管的內(nèi)層管、外層管進(jìn)入腔體內(nèi)部。腔體的側(cè)面設(shè)置波導(dǎo)管，導(dǎo)波管外接微波發(fā)生器，腔體的左、右兩側(cè)分別套接一個(gè)環(huán)形電磁鐵，腔體的下端開設(shè)排氣口，真空泵通過排氣口與腔體內(nèi)部連通。
[0017]進(jìn)一步地，連續(xù)激光發(fā)射器的光斑直徑為1-500 mm。
[0018]進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例中，加熱臺的表面溫度為25_1200°C。
[0019]本發(fā)明實(shí)施例中，微波發(fā)生器的功率為100-5000W。微波發(fā)生器的微波輸出端口與波導(dǎo)管連通，產(chǎn)生的微波經(jīng)波導(dǎo)管傳送至腔體。
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