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浅析固态功率源在微波等离子体化学气相沉积装置中的应用优势

行业新闻

2020-08-13 10:28:57

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作者:wattsine

微波法是用电磁波能量来激发反应气体。由于是无极放电,等离子体纯净,同时微波的放电区集中而不扩展,能激活产生各种原子基团如原子氢等,产生的离子的最大动能低,不会腐蚀已生成的金刚石。

微波等离子体CVD制备金刚石膜的设备分为三代。第一代为石英管式装置。第二代为石英钟罩式和不锈钢反应室式。这两代装置除用于制备金刚石膜之外,还广泛地用于微波等离子体的其他应用领域的研究和开发,对各种薄膜制备、刻蚀与清洗、表面改性处理等方面有极为广泛的应用。第三代为大功率制备金刚石膜的专用装置,用于金刚石膜产品的大规模生产。

目前在国际市场上,石英管式装置的价格为每台几万美元,石英钟罩式和不锈钢反应室式为几十万美元,大功率专用设备为几百万美元。

MPCVD沉积装置从真空室的形式来分,有石英管式、石英钟罩式和带有微波窗的金属腔体式。从微波与等离子体的耦合方式分,有表面波耦合式、直接耦合式和天线耦合式。

目前最常用、最简单也是最早出现的装置是表面波耦合石英管式装置[3],它是由一根石英管穿过沿着矩形传来的频率为2.45GHz微波场构成,放电管中部正好是电场最强的地方,从而在放电管中部生成稳定的等离子体球。等离子体球的精确位置可以通过波导终端的短路滑片来调节,见图3(a);

石英钟罩式有两类:直接耦合式,如美国Califonia大学的钟罩式MPCVD装置,见图3(b);天线耦合式,如美国Pennsylvania州立大学的MPDR(microwave plasma dish reactor)装置。

带有微波窗的金属腔体式也有两类:直接耦合式,如澳大利亚Sydner大学的不锈钢圆筒腔式MPCVD装置,图3(c)为此类装置的示意图;天线耦合式,图3(d)为ASTEX装置示意图。

在表面波耦合石英管式反应器中。当微波功率加大时,石英管会受热软化,因此该类反应器的微波功率受到限制,一般<800W。而ASTEX型由于使用天线将TE10模式的频率为2.45GHz的微波转变为TM01模式,使得微波穿过一石英窗口后进入沉积腔,在基片台上方放电并产生等离子体球,将被抛光研磨了的直径达100mm的基片置于加热台上并紧贴着等离子体球,在一定条件下可在基片上沉积出金刚石膜,由于沉积反应室是由带水冷却装置的金属制成,因此可以承受较高功率的微波输入,微波功率可达到5-8KW。

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   图3 MPCVD装置示意图(a)表面波耦合石英管式装置(b)石英钟罩天线耦合式装置(c)直接耦合不锈钢圆筒腔式装置(d)ASTEX天线耦合式装置


沃特塞恩固态功率源相比磁控管在MPCVD中的应用优势

在MPCVD装置实际运行过程中,微波频率、腔体尺寸、样品基台等各种因数都会导致腔体内的电场分布和等离子状态和分布,影响金刚石膜的制备。

沃特塞恩研发生产的固态功率源因其频率、相位可控等优势可以通过调整微波源的频率和相位来弥补腔体尺寸、样品基台等各种变化导致的电场分布和等离子状态的分布和改变。


6kW-1-640
沃特塞恩2450-6kW固态微波功率源

沃特塞恩固态功率源相比磁控管来说,寿命也更长,维护成本低廉,采用固态功率源的MPCVD装置,不会因为更换功率源导致装置的工作状态发生变化,而需要重新调试和设置装置的工作参数。

目前沃特塞恩固态功率源已经得到国内外诸多MPCVD设备厂商的信赖和认可。

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