專利名稱：納米級高精度控制熱絲化學(xué)氣相沉積生長薄膜材料設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及納米級高精度控制熱絲化學(xué)氣相沉積生長薄膜材料設(shè)備，特別是在三維空間上納米級的控制精度，適用于在極高溫(2000°C )背景下寬溫度范圍(-196 3000C )內(nèi)的納米級高精度控制。
背景技術(shù)：
熱絲化學(xué)氣相沉積設(shè)備是當(dāng)前工業(yè)化中廣泛應(yīng)用于生長薄膜涂層與厚膜材料的設(shè)備，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、工藝較為成熟、制造技術(shù)要求不高、方便簡單操作、沉積面積大；但是在熱絲沉積設(shè)備中溫度場、等離子場、以及相應(yīng)的沉積場，均是以鎢、鉭熱絲為軸心呈圓柱殼層分布，且沿圓柱的徑向分布梯度相當(dāng)大。在熱絲設(shè)備運行過程中存在兩種狀況不利于薄膜良好生長，第一種不利因素是熱絲在極高溫度狀態(tài)時(2000°C )會發(fā)生明顯的熱蠕變現(xiàn)象，即高溫緩慢變長；第二種不良狀況是熱絲在使用過程中自身發(fā)生老化現(xiàn)象，即等離子體激發(fā)能力下降，其沉積場處于不斷的變化中。這兩種在熱絲化學(xué)氣相生長薄膜過程中不可避免的不利因素，可以通過不斷及時細(xì)微精密調(diào)整熱絲的位置來彌補，進(jìn)而導(dǎo)致始終讓熱絲產(chǎn)生最佳的沉積場，從而生長厚度均勻的優(yōu)質(zhì)薄膜。如金剛石生長沉積的最優(yōu)沉積區(qū)域為距離熱絲2-5毫米，位置精度要求小于0. 1毫米。熱絲設(shè)備沉積臺溫度的控制也是其使用關(guān)鍵因素，溫度提供激發(fā)能量將化學(xué)氣體裂解成碳、氫原子與其他活性基團，同時也控制著晶粒大小與生長速度。有些涂層沉積薄膜生長需要維持比較高的溫度，有些涂層薄膜沉積生長則需要比較低的溫度。如金剛石在硬質(zhì)合金表面的沉積，若能維持室溫下生產(chǎn)，二者之間的熱膨脹應(yīng)力將為零，其附著力無疑是最好的。

實用新型內(nèi)容實用新型目的為克服熱絲熱蠕變和老化的缺點，本實用新型提供了一種基于沉積臺控制的納米級高精度控制熱絲化學(xué)氣相沉積生長薄膜材料裝置設(shè)備。本設(shè)備可以實時監(jiān)測調(diào)整沉積面，監(jiān)測控制沉積形貌、沉積速度、沉積溫度等數(shù)據(jù)，并可以通過實時調(diào)整熱絲位置以控制沉積面的條件，如溫度與納米級的位置精度等。技術(shù)方案一種納米級高精度控制熱絲化學(xué)氣相沉積生長薄膜材料設(shè)備，主要包括沉積腔體外置安裝相連的真空系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)和電源控制系統(tǒng)，還包括沉積腔體內(nèi)置控制設(shè)備，該內(nèi)置控制設(shè)備包括沉積臺旋轉(zhuǎn)桿，安裝在所述沉積臺旋轉(zhuǎn)桿上方的沉積臺系統(tǒng)， 安裝在所述沉積臺旋轉(zhuǎn)桿兩邊的冷卻系統(tǒng)，所述沉積臺旋轉(zhuǎn)桿與橢圓偏振儀相連，所述沉積臺系統(tǒng)上方設(shè)有熱絲等離子體源系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)下方設(shè)有伺服電機位置控制系統(tǒng)。作為優(yōu)化，所述伺服電機位置控制系統(tǒng)包括納米級高精度伺服系統(tǒng)精密控制儀。作為優(yōu)化，所述沉積臺系統(tǒng)包括納米級高精度沉積臺位置控制系統(tǒng)、納米級薄膜形態(tài)形貌在線監(jiān)控系統(tǒng)和-190 300°C寬范圍的沉積臺溫度控制系統(tǒng)。該沉積臺系統(tǒng)具有高精度沉積臺位置控制技術(shù)，可以維持沉積面始終處于既定的最優(yōu)薄膜沉積生長狀態(tài)，可以在線監(jiān)控薄膜沉積的速度與表面形態(tài)形貌，-190 300°C寬范圍的沉積臺溫度控制技術(shù)，使得該沉積臺系統(tǒng)的溫度控制技術(shù)可以滿足多種特殊要求薄膜的沉積條件。納米級高精度沉積臺位置控制系統(tǒng)和納米級薄膜形態(tài)形貌在線監(jiān)控系統(tǒng)形成比循環(huán)控制，可以實現(xiàn)薄膜沉積生長的納米級微觀控制技術(shù)。本實用新型在傳統(tǒng)熱絲化學(xué)氣相沉積裝置設(shè)備上的沉積腔體內(nèi)整合安裝橢圓偏振光譜儀，作為一種非接觸性的測試手段實時高精度測試沉積生長的速度、薄膜沉積厚度與形貌；橢圓偏振光譜儀采用鹵素?zé)艉退{(lán)光LED雙光源覆蓋測量范圍，以液晶盒作為偏振光調(diào)制器，無機械轉(zhuǎn)動部件而無磨損，測量精度達(dá)2納米以上，光譜采集可快達(dá)2秒，并且穩(wěn)定性好，維護(hù)非常簡單。橢圓偏振光譜儀采用緊湊型設(shè)計，十分小巧方便，易于整合設(shè)計到熱絲化學(xué)氣相沉積儀中，可以測量單膜結(jié)構(gòu)與多膜膜系，精確控制薄膜沉積生長形態(tài)。同時又在熱絲化學(xué)氣相沉積儀的沉積腔體內(nèi)組合安裝納米級高精度激光測距儀， 在沉積臺上安裝控制精度為納米級的伺服電機，達(dá)到實時精密測定沉積面的位置。并安裝高分辨率微區(qū)溫度傳感器，高精度測量沉積面溫度。最后還重新設(shè)計沉積臺結(jié)構(gòu)，將沉積臺結(jié)構(gòu)制作為中空的加熱模塊，并可控制冷卻媒介流速控制冷卻溫度-196 0°C時，使用液氨為冷卻媒介；0 100°C時，使用水為冷卻媒介；100 300°C時，其直接使用加熱并恒溫控制。該模塊結(jié)構(gòu)的沉積平臺可以滿足不同的沉積溫度要求，如超低溫沉積臺，可以更接近熱絲位置，從而擁有高等離子體密度，高速沉積。100 300°C的沉積平臺則可以用于某些要求長程擴散生長，低晶體缺陷的薄膜沉積生長。有益效果本實用新型納米級高精度控制熱絲化學(xué)氣相沉積生長薄膜材料設(shè)備可以在線納米級高精度控制位置與薄膜沉積生長速度與形態(tài)。通過位置和溫度的精密控制， 讓熱絲化學(xué)氣相薄膜沉積生長始終處于最優(yōu)狀態(tài)，如最快的沉積速度與最小的缺陷。

圖1為本實用新型沉積腔體內(nèi)置控制設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為橢圓偏振儀原理示意圖；圖3為高精度伺服電機位置控制原理示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，一種納米級高精度控制熱絲化學(xué)氣相沉積生長薄膜材料設(shè)備，主要包括沉積腔體外置安裝相連的真空系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)和電源控制系統(tǒng)，還包括沉積腔體內(nèi)置控制設(shè)備，該內(nèi)置控制設(shè)備包括沉積臺旋轉(zhuǎn)桿1，安裝在所述沉積臺旋轉(zhuǎn)桿1上方的沉積臺系統(tǒng)2，安裝在所述沉積臺旋轉(zhuǎn)桿1兩邊的冷卻系統(tǒng)3，所述沉積臺旋轉(zhuǎn)桿1與橢圓偏振儀4 相連，所述沉積臺系統(tǒng)2上方設(shè)有熱絲等離子體源系統(tǒng)5，所述冷卻系統(tǒng)3下方設(shè)有伺服電機位置控制系統(tǒng)6，所述伺服電機位置控制系統(tǒng)6包括納米級高精度伺服系統(tǒng)精密控制儀， 所述沉積臺系統(tǒng)2包括納米級高精度沉積臺位置控制系統(tǒng)、納米級薄膜形態(tài)形貌在線監(jiān)控系統(tǒng)和-190 300°C寬范圍的沉積臺溫度控制系統(tǒng)。如圖2所示的橢圓偏振儀可以在線實時測量薄膜的生長速度，厚度與形態(tài)形貌等信息參數(shù)。4個液晶調(diào)制器可以產(chǎn)生16種不同的排列組合方式對光進(jìn)行調(diào)制，即每次均測量了樣品的16個偏振量信息。[0016] 如圖3所示，高精度伺服電機可以通過閉路激光位置控制系統(tǒng)，納米級高精度控制行進(jìn)的位置與速度。光電脈沖發(fā)生器是一種增量式光電編碼器，由光源、光電轉(zhuǎn)盤、光敏元件與光電放大整形電路組成。A相與B相兩個不同脈沖頻率與事件管理器相連，判斷直流伺服電機的轉(zhuǎn)向，還可以對位置與速度進(jìn)行納米級精密測量。
權(quán)利要求1.一種納米級高精度控制熱絲化學(xué)氣相沉積生長薄膜材料設(shè)備，主要包括沉積腔體外置安裝相連的真空系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)和電源控制系統(tǒng)，還包括沉積腔體內(nèi)置控制設(shè)備，其特征在于該內(nèi)置控制設(shè)備包括沉積臺旋轉(zhuǎn)桿(1)，安裝在所述沉積臺旋轉(zhuǎn)桿(1)上方的沉積臺系統(tǒng)O)，安裝在所述沉積臺旋轉(zhuǎn)桿(1)兩邊的冷卻系統(tǒng)(3)，所述沉積臺旋轉(zhuǎn)桿(1)與橢圓偏振儀(4)相連，所述沉積臺系統(tǒng)(2)上方設(shè)有熱絲等離子體源系統(tǒng)(5)，所述冷卻系統(tǒng) (3)下方設(shè)有伺服電機位置控制系統(tǒng)(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米級高精度控制熱絲化學(xué)氣相沉積生長薄膜材料設(shè)備，其特征在于所述伺服電機位置控制系統(tǒng)(6)包括納米級高精度伺服系統(tǒng)精密控制儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米級高精度控制熱絲化學(xué)氣相沉積生長薄膜材料設(shè)備，其特征在于所述沉積臺系統(tǒng)(2)包括納米級高精度沉積臺位置控制系統(tǒng)、納米級薄膜形態(tài)形貌在線監(jiān)控系統(tǒng)和-190 300°C寬范圍的沉積臺溫度控制系統(tǒng)。
專利摘要本實用新型公開了一種基于納米級高精度在線控制的熱絲化學(xué)氣相薄膜沉積生長設(shè)備裝置，該設(shè)備除了傳統(tǒng)的沉積腔體外置安裝相連的真空系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、電源控制系統(tǒng)外，新設(shè)計在沉積腔體內(nèi)組合安裝納米級高精度伺服系統(tǒng)精密控制距離、納米級高精度薄膜沉積生長厚度與速度，薄膜形態(tài)形貌監(jiān)控系統(tǒng)及寬范圍的沉積臺溫度控制系統(tǒng)。本實用新型納米級高精度控制熱絲化學(xué)氣相沉積生長薄膜材料設(shè)備可以在線納米級高精度控制位置與薄膜沉積生長速度與形態(tài)。通過位置和溫度的精密控制，讓熱絲化學(xué)氣相薄膜沉積生長始終處于最優(yōu)狀態(tài)，如最快的沉積速度與最小的缺陷等。
文檔編號B82Y30/00GK202297772SQ20112034442
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者孫愛武, 陳華, 馬科鋒 申請人:南通晶科超膜材料有限公司