專利名稱：直流輝光等離子體氣相沉積裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及化學(xué)氣相沉積設(shè)備，尤其是涉及一種用于制備氧化鋅薄膜的直流輝光等離子體氣相沉積裝置。
背景技術(shù)：
氧化鋅(ZnO)是新型的II-VI族寬禁帶半導(dǎo)體材料，在很多領(lǐng)域都有極為廣泛的應(yīng)用前景。它具有六角纖鋅礦型的晶體結(jié)構(gòu)，屬于直接寬禁帶半導(dǎo)體，室溫下禁帶寬度3.30eV，同時(shí)具有很高的激子結(jié)合能60meV。在理論上ZnO具備藍(lán)光或紫外光發(fā)射的本領(lǐng)，再加之其較高的激子束縛能，在高于室溫的環(huán)境下具有顯著的低閾值激發(fā)機(jī)制，在這一理論的指導(dǎo)下，ZnO薄膜的制備和對其發(fā)光特性的研究引起人們的關(guān)注。在研究的過程中還發(fā)現(xiàn)，具有取向良好的ZnO薄膜，有著較好的壓電和光電效應(yīng)，可應(yīng)用于表面聲波元件、聲光元件及光波導(dǎo)。低電阻率的ZnO薄膜可取代傳統(tǒng)的透明導(dǎo)電薄膜ITO而作為太陽能電池、光電傳感器和平板顯示器件的窗口材料，以及利用ZnO薄膜研制短波長發(fā)光二極管和激光器。因此ZnO薄膜作為一種新型的光電材料，有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br> 在沉積氧化鋅薄膜時(shí)，一般使用H2O，O2，N2O，CO2作為氧源，二乙基鋅或二甲基鋅作為鋅源，H2O，O2，N2O與二乙基鋅或二甲基鋅反應(yīng)速度太快，沉積的薄膜質(zhì)量不穩(wěn)定，二氧化碳非常穩(wěn)定，難以離解，因此生長的氧化鋅薄膜質(zhì)量較差，得不到高度擇優(yōu)取向的氧化鋅薄膜，我們通過試驗(yàn)證明，使用氫氣和二氧化碳混合氣在等離子體作用下，能得到較好的氧源，與熱裂解的二乙基鋅反應(yīng)，就能得到具有高度擇優(yōu)取向的氧化鋅薄膜。目前使用的等離子體增強(qiáng)氣相沉積設(shè)備，等離子體大多充滿反應(yīng)腔，并且基片多數(shù)配置在陽極附近；在薄膜生長過程中，電子束一直在轟擊剛沉積的薄膜，這樣生長的薄膜難以重現(xiàn)，質(zhì)量不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種能在單晶硅或藍(lán)寶石上生長出高度擇優(yōu)取向氧化鋅薄膜、薄膜質(zhì)量穩(wěn)定、生長速率高、二氧化碳和氫氣混合原料氣能在等離子體的作用下充分反應(yīng)的直流輝光等離子體氣相沉積裝置。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型包括真空反應(yīng)罩、上進(jìn)氣管、下進(jìn)氣管、絕緣座，特征是在真空反應(yīng)罩內(nèi)中間的絕緣座上方安裝有石英反應(yīng)腔，在石英反應(yīng)腔上方安裝有側(cè)邊連接了進(jìn)水管和出水管的冷卻室，在冷卻室上方依次安裝有分別接有上進(jìn)氣管、下進(jìn)氣管的上氣腔、下氣腔，上出氣管、下出氣管的上端分別伸在上氣腔、下氣腔內(nèi)，下端穿過冷卻室伸入石英反應(yīng)腔內(nèi)；上出氣管與下出氣管呈均勻間隔排列，上出氣管的下端穿過等離子體區(qū)，下出氣管的出口在等離子體區(qū)的上方，兩個(gè)氣管的均垂直于石墨臺(tái)。
在石英反應(yīng)腔的兩側(cè)分別安裝有陽極和由金屬鉭構(gòu)成的陰極，陽極和陰極呈豎直方向并排對立，陽極和陰極分別與固定在石英反應(yīng)腔外的絕緣座上的陽極座和陰極座相連接，在兩極間加直流高壓，陽極和陰極之間產(chǎn)生等離子體；在石英反應(yīng)腔的底部、上出氣管和下出氣管的正下方、等離子體區(qū)的下方安裝有石墨臺(tái)，石墨臺(tái)的上表面包裹一層金屬鉭片，欲沉積薄膜的基片放在鉭片上，基片7配置在等離子體場外，并且等離子體場為水平。石墨臺(tái)由石英托板支撐，轉(zhuǎn)動(dòng)桿的頂端安裝在石英托板的下方，底端與固定在真空反應(yīng)罩下方的電動(dòng)機(jī)的輸出軸連接，在石墨臺(tái)底部下方裝有測溫?zé)犭娕?，石墨臺(tái)底部還安置有高頻加熱器，給石墨臺(tái)加熱，石墨臺(tái)和高頻加熱器呈水平放置且與陽極和陰極垂直。
本實(shí)用新型由于在石英反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)計(jì)有陽極和陰極兩個(gè)電極，往其中陽極上加直流高壓，陰極接地，這樣便在低真空石英反應(yīng)腔內(nèi)產(chǎn)生直流輝光等離子體，二氧化碳和氫氣混合原料氣經(jīng)下進(jìn)氣管、下氣腔、下出氣管進(jìn)入等離子體區(qū)，在等離子體的作用下二氧化碳和氫氣充分反應(yīng)，產(chǎn)生氧源，而氣態(tài)的二乙基鋅或二甲基鋅原料氣經(jīng)上進(jìn)氣管、上氣腔、上出氣管穿過等離子場，兩條氣路均垂直于放在石英反應(yīng)腔底部的單晶硅或藍(lán)寶石基片。待真空室抽真空后，高頻加熱器通電后加熱石墨臺(tái)，當(dāng)達(dá)到沉積溫度時(shí)，充入反應(yīng)原料氣，在兩極間加直流電壓產(chǎn)生輝光，陰極材料采用電子脫出功小、熔點(diǎn)高的鉭(Ta)金屬材料，調(diào)節(jié)氣體的壓強(qiáng)、濃度、電極電壓以及陰陽極間的距離等，使二氧化碳和氫氣在等離子體的作用下充分反應(yīng)，產(chǎn)生氧源，二乙基鋅或二甲基鋅在基片上熱裂解，產(chǎn)生鋅源，這樣就制備出高度擇優(yōu)取向的氧化鋅薄膜。由于陽極和陰極呈豎直方向并排對立，等離子體區(qū)位于石墨臺(tái)的正上方，石墨臺(tái)和高頻加熱器呈水平放置且與陽極和陰極垂直，這樣就便于氧源和鋅源反應(yīng)。本實(shí)用新型將基片配置在等離子場外，并且等離子場為水平，氫氣和二氧化碳混合氣在等離子體作用下充分反應(yīng)，與在基片表面附近裂解的二乙基鋅或二甲基鋅反應(yīng)，生長出性能優(yōu)異的氧化鋅薄膜材料，薄膜的質(zhì)量穩(wěn)定。在二乙基鋅或二甲基鋅進(jìn)入反應(yīng)腔時(shí)，引入了水冷系統(tǒng)，較好地解決了二乙基鋅或二甲基鋅易裂解的問題。因此本實(shí)用新型能在單晶硅或藍(lán)寶石上生長出高度擇優(yōu)取向氧化鋅薄膜，并且生長的薄膜生長速率高，質(zhì)量穩(wěn)定。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例并對照附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本實(shí)用新型包括真空反應(yīng)罩1、上進(jìn)氣管14、下進(jìn)氣管15、絕緣座19，在真空反應(yīng)罩1內(nèi)中間的絕緣座19上方安裝有石英反應(yīng)腔18，在石英反應(yīng)腔18上方安裝有側(cè)邊連接了進(jìn)水管22和出水管23的冷卻室11，在冷卻室11上方依次安裝有分別接有上進(jìn)氣管14、下進(jìn)氣管15的上氣腔12、下氣腔13，上出氣管9、下出氣管10的上端分別伸在上氣腔12、下氣腔13內(nèi)，下端穿過冷卻室11伸入石英反應(yīng)腔18內(nèi)，上出氣管9與下出氣管10呈均勻間隔排列，上出氣管9的下端穿過等離子體區(qū)16，下出氣管10的出口在等離子體區(qū)16的上方，兩個(gè)氣管的均垂直于石墨臺(tái)26；在石英反應(yīng)腔18的兩側(cè)分別安裝有陽極8和由金屬鉭構(gòu)成的陰極17，陽極8和陰極17呈豎直方向并排對立，陽極8和陰極17通過外套有屏蔽管4的高壓電極桿2分別與固定在石英反應(yīng)腔18外的絕緣座19上的陽極座24和陰極座25相連接，在兩極間加直流高壓，陽極8和陰極17之間產(chǎn)生等離子體；在石英反應(yīng)腔18的底部、上出氣管9和下出氣管10的正下方、等離子體區(qū)16的下方安裝有石墨臺(tái)26，石墨臺(tái)26由石英托板3支撐，轉(zhuǎn)動(dòng)桿27的頂端安裝在石英托板3的下方，底端與固定在真空反應(yīng)罩1下方的電動(dòng)機(jī)20的輸出軸連接，石墨臺(tái)26上表面包裹一層金屬鉭片6，欲沉積薄膜的基片7放在鉭片6上，基片7配置在等離子體場外，并且等離子體場為水平；在石墨臺(tái)26底部下方裝有測溫?zé)犭娕?1，石墨臺(tái)26底部還安置有高頻加熱器5，給石墨臺(tái)26加熱，石墨臺(tái)26和高頻加熱器5呈水平放置且與陽極8和陰極17垂直。
權(quán)利要求1.一種直流輝光等離子體氣相沉積裝置，包括真空反應(yīng)罩(1)、上進(jìn)氣管(14)、下進(jìn)氣管(15)、絕緣座(19)，其特征在于在真空反應(yīng)罩(1)內(nèi)中間的絕緣座(19)上方安裝有石英反應(yīng)腔(18)，在石英反應(yīng)腔(18)上方安裝有側(cè)邊連接了進(jìn)水管(22)和出水管(23)的冷卻室(11)，在冷卻室(11)上方依次安裝有分別接有上進(jìn)氣管(14)、下進(jìn)氣管(15)的上氣腔(12)、下氣腔(13)，上出氣管(9)、下出氣管(10)的上端分別伸在上氣腔(12)、下氣腔(13)內(nèi)，下端穿過冷卻室(11)伸入石英反應(yīng)腔(18)內(nèi)；在石英反應(yīng)腔(18)的兩側(cè)分別安裝有陽極(8)和由金屬鉭構(gòu)成的陰極(17)，陽極(8)和陰極(17)呈豎直方向并排對立，陽極(8)和陰極(17)通過外套有屏蔽管(4)的高壓電極桿(2)分別與固定在石英反應(yīng)腔(18)外的絕緣座(19)上的陽極座(24)和陰極座(25)相連接，在兩極間加直流高壓，陽極(8)和陰極(17)之間產(chǎn)生等離子體；在石英反應(yīng)腔(18)的底部、上出氣管(9)和下出氣管(10)的正下方、等離子體區(qū)(16)的下方安裝有石墨臺(tái)(26)，石墨臺(tái)(26)由石英托板(3)支撐，轉(zhuǎn)動(dòng)桿(27)的頂端安裝在石英托板(3)的下方，底端與固定在真空反應(yīng)罩(1)下方的電動(dòng)機(jī)(20)的輸出軸連接；在石墨臺(tái)(26)底部下方裝有測溫?zé)犭娕?21)，石墨臺(tái)(26)底部還安置有高頻加熱器(5)，給石墨臺(tái)(26)加熱，石墨臺(tái)(26)和高頻加熱器(5)呈水平放置且與陽極(8)和陰極(17)垂直。
2.如權(quán)利要求1所述的直流輝光等離子體氣相沉積裝置，其特征在于上出氣管(9)與下出氣管(10)呈均勻間隔排列，上出氣管(9)的下端穿過等離子體區(qū)(16)，下出氣管(10)的出口在等離子體區(qū)(16)的上方，兩個(gè)氣管的均垂直于石墨臺(tái)(26)。
3.如權(quán)利要求1所述的直流輝光等離子體氣相沉積裝置，其特征在于石墨臺(tái)(26)上表面包裹一層金屬鉭片(6)，欲沉積薄膜的基片(7)放在鉭片(6)上，基片(7)配置在等離子體場外，并且等離子體場為水平。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種直流輝光等離子體氣相沉積裝置，它包括真空反應(yīng)罩、上進(jìn)氣管、下進(jìn)氣管、絕緣座，特征是在真空反應(yīng)罩內(nèi)的石英反應(yīng)腔上方依次安裝有冷卻室、下氣腔和上氣腔，上、下出氣管的上端分別伸在上、下氣腔內(nèi)，上出氣管的下端穿過等離子體區(qū)，下出氣管的出口在等離子體區(qū)的上方，兩個(gè)氣管呈均勻間隔排列，均垂直于石墨臺(tái)；在石英反應(yīng)腔兩側(cè)的陽極和陰極呈豎直方向并排對立；石墨臺(tái)由與轉(zhuǎn)動(dòng)桿相連接的石英托板支撐，通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)石墨臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，欲沉積薄膜的基片放在石墨臺(tái)上表面的鉭片上，在石墨臺(tái)底部下方裝有測溫?zé)犭娕己透哳l加熱器。本實(shí)用新型能在單晶硅或藍(lán)寶石上生長出高度擇優(yōu)取向氧化鋅薄膜，質(zhì)量穩(wěn)定，生長速率高。
文檔編號C23C16/513GK2844139SQ20052004527
公開日2006年12月6日 申請日期2005年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月23日
發(fā)明者王應(yīng)民, 張萌, 蔡莉, 李 禾, 程國安, 徐飛 申請人:南昌大學(xué)