一种脉冲空心阴极辅助热丝化学气相沉积装置和方法与流程

技术特征：
1.一种脉冲空心阴极辅助热丝化学气相沉积装置，其特征在于该装置主要包括：双极性脉冲电源、水冷样品台、热丝、热丝电源、进气口、排气口、冷却水口，具体结构如下：将两个水冷样品台分别放置在热丝上下两侧，提高镀膜空间利用率；两进气口位置相对设置，均于与热丝等高，出气口设置在设备底部；双极性脉冲电源用于产生空心阴极放电并在样品附近产生电位梯度，其正负两极分别与两样品台相连；热丝电源正负两极分别与热丝和腔室相连，热丝另一端连接腔室，腔室接地。2.如权利要求1所述的一种脉冲空心阴极辅助热丝化学气相沉积装置，其特征在于：所述样品台偏置电位可以为不等电位，其范围在50
‑
1000v内连续可调。3.一种采用如权利要求1所述的装置进行脉冲空心阴极辅助热丝化学气相沉积方法，其特征在于主要工作过程如下：步骤一：预处理为实现高质量的金刚石薄膜的沉积，尽可能的去除可能存在的杂质保证基片的光洁，要将基片用超声清洗并用氮气吹干；步骤二：衬底的等离子体清洗由于超声清洗难以去除分子尺度的杂质，因此在金刚石薄膜沉积过程开始前设置等离子体清洗衬底过程；将衬底固定在样品台上后关闭腔室，抽至至预定真空度后向腔室中通入氩气，调节双极性脉冲电源参数进行偏压清洗过程；步骤三：金刚石薄膜的沉积在热丝化学气相沉积提供条件下，控制甲烷与氢气比例和热丝功率，保持一定的腔压、温度和脉冲电压，生长金刚石薄膜；在双极性脉冲偏压电源作用下，产生的空心阴极放电可以提高各种基团的解离效率，靠近衬底的电位梯度可以为基团提供能量，这将大大提高金刚石沉积形核密度和金刚石薄膜的质量。4.如权利要求3所述的脉冲空心阴极辅助热丝化学气相沉积方法，其特征在于：步骤二所述的衬底等离子体清洗的过程为：本底真空抽至10
‑4pa，通入氩气、保持腔压2
‑
6pa，调节双极性脉冲电源占空比为60
‑
100％，正反向输出电压大小为600
‑
1000v，正负脉宽相等，清洗15
‑
30min后关闭氩气及脉冲电源。5.如权利要求3所述的脉冲空心阴极辅助热丝化学气相沉积方法，其特征在于：步骤三所述的金刚石薄膜沉积的过程为：调节甲烷与氢气流量比例为1:100到5:100，正向和反向电压大小范围均为50
‑
1000v，正负脉宽比例在1
‑
5之间，双极性脉冲电源占空比设置范围为60
‑
100％，在衬底温度为800
‑
1000℃、腔压为1
‑
5kpa条件下进行金刚石薄膜的双向沉积。

技术总结
本发明属于薄膜材料制备领域，具体涉及一种脉冲空心阴极辅助热丝化学气相沉积装置和方法。包括双极性脉冲电源、水冷样品台、热丝、热丝电源、进气口、排气口、冷却水口，两个样品台分别位于热丝上下两侧，将双极性脉冲电源的两极分别与两个样品台相连接，通过控制双极性脉冲电源的占空比、正反向电压大小及比例来调谐电场，达到稳定的空心阴极放电状态，最终实现金刚石薄膜的双向沉积。本发明利用双极性脉冲电源供电的空心阴极放电效应和单丝双边的空间设计，解决了传统热丝化学气相沉积过程中气体离化率低下、镀膜空间浪费的问题，能够实现金刚石的高效率、高质量、高速率双向热丝化学气相沉积。学气相沉积。学气相沉积。


技术研发人员：李成明 夏天 郑宇亭 邵思武 陈良贤 刘金龙 魏俊俊
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2021.07.13
技术公布日：2021/11/4