專利名稱：一種三陰極多級直流弧放電等離子體發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種三陰極多級直流弧放電等離子體發(fā)生裝置，屬于直流弧放電等離子體技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)技術(shù)已經(jīng)廣泛用于制備氫化非晶硅和減反射膜SiNx等薄膜。在該技術(shù)裝置中，關(guān)鍵技術(shù)是等離子體發(fā)生器。目前廣泛使用的是射頻等離子體源。這種射頻等離子體源的基本原理是通過高頻輝光放電的方法使氣體電離從而產(chǎn)生等離子體。其電流源的頻率通常是幾百KHZ到幾MHZ，最常用的頻率是13. 56MHZ。射頻感應(yīng)等離子體源是通過繞在石英玻璃管或者坐落在石英窗頂部的電流線圈來加熱產(chǎn)生等離子體。射頻容性耦合等離子體源是通過比配器把射頻電壓加到兩塊平行平板電極進(jìn)行放電來產(chǎn)生等離子體。但是這些單源射頻等離子體源不能對等離子體密度(決定薄膜沉積速率)和轟擊到基片上離子角度分布和能量(影響薄膜質(zhì)量)進(jìn)行獨(dú)立的控制。在現(xiàn)有技術(shù)中，為了提高等離子體密度，必須增加射頻電源的電壓，然而這樣做會造成鞘層電勢和轟擊到基片上離子的能量也將隨之增加，而高能量的離子的轟擊將導(dǎo)致沉積薄膜的濺射和薄膜的損傷。因此，現(xiàn)有的等離子體發(fā)生器的使用效果還是不夠理想。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種既能保證產(chǎn)生高密度等離子體，又能保證電源能量轉(zhuǎn)換率高、操作和維護(hù)方便、使用壽命長的三陰極多級直流弧放電等離子體發(fā)生裝置。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的解決方案是該等離子體發(fā)生裝置包括放電腔室、陰極和陽極，陽極接地，陰極與直流電源連接，陰極采用鎢陰極，共三根，插裝在放電腔室的頂部，其尖端部分位于放電腔室中，每兩根鎢陰極之間的夾角為120°，在放電腔室的頂部中央設(shè)有惰性氣體源接口，在放電腔室的底部設(shè)有絕緣層，在絕緣層(7)下設(shè)有水冷銅板，絕緣層-水冷銅板交錯疊加5-8次，各絕緣層和水冷銅板的中心孔連通構(gòu)成放電通道，設(shè)有拉瓦爾噴嘴的陽極安裝在最下面絕緣層的下方。所述鎢陰極通過陰極冷卻桿插裝在放電腔室的頂部，鎢陰極安裝在陰極冷卻桿下部，陰極冷卻桿上設(shè)有進(jìn)水口和出水口，其上部設(shè)有與直流電源連接的接頭。在上述放電腔室的外壁上纏繞有多圈冷卻銅管，冷卻銅管設(shè)有進(jìn)水口和出水口。在第一個水冷銅板的內(nèi)部設(shè)有反應(yīng)氣體源進(jìn)口。本實(shí)用新型是利用直流弧放電使氣體電離而產(chǎn)生等離子體，其基本原理是工作氣體進(jìn)入等離子體源放電室，陰極通過場致效應(yīng)發(fā)射電子，在陰極附近形成電子云，在外加電場加速下電子與氣體原子或者分子發(fā)生碰撞引起電離，形成等離子體電弧放電。與市場廣泛使用的射頻輝光放電等離子體相比，具有等離子體密度和離子能量可以獨(dú)立控制、等離子體密度、電子和離子溫度高、等離子體分布均勻等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型是通過三個鈰鎢陰極產(chǎn)生大量的電子，這些陰極電子在電場加速下獲得能量而與氣體發(fā)生碰撞從而電離、 激發(fā)氣體產(chǎn)生等離子體，繼而通過一個放電通道到達(dá)陽極，因此本實(shí)用新型能有效地得到高密度、均勻和大面積等離子體。另外本實(shí)用新型所采用的組合式陰極能通過冷卻水對其進(jìn)行有效的冷卻。綜上所述，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，不僅具有降低產(chǎn)生等離子體的功率、保證產(chǎn)生高密度等離子體的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有電源能量轉(zhuǎn)換率高、操作和維護(hù)方便、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型特別適合快速薄膜沉積使用。

圖1為本實(shí)用新型的主視圖。圖2為本實(shí)用新型的俯視圖。圖3為本實(shí)用新型的剖視圖。圖中1-冷卻銅管進(jìn)水口 2-鎢陰極3-氣體源接口 4-陰極冷卻桿5-放電腔室6-冷卻銅管出水口 7-絕緣層8-反應(yīng)氣體源接口 9-陽極10-水冷銅板11-陰極冷卻桿進(jìn)水口 12-陰極冷卻桿出水口 13-冷卻水循環(huán)通道進(jìn)水口 14-冷卻水循環(huán)通道出水口 15-放電通道16-拉瓦爾噴嘴17-冷卻銅管18-冷卻水循環(huán)通道
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的、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，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。如圖1、圖2、圖3所示，本實(shí)用新型主要由放電腔室5、陰極2、陽極9、絕緣層7、水冷銅板10、冷卻銅管17和陰極冷卻桿4組成，陰極2采用鈰鎢陰極材料制成，共三根，每根鎢陰極分別與陰極冷卻桿4連接構(gòu)成水冷鎢陰極，三根水冷鎢陰極2插裝在放電腔室5的頂部，其尖端(直徑為1-2毫米)位于放電腔室5內(nèi)，每兩根水冷鎢陰極2之間的夾角為 120°，在水冷鎢陰極2上設(shè)有能方便與直流電源連接的接頭。放電腔室5由銅制成，在它的頂部中央設(shè)有一個惰性氣體源接口 3，在它的底部安裝有絕緣層7，絕緣層7的材料為氮化硼，在絕緣層7下安裝水冷銅板10，銅板厚度為10毫米，絕緣層-水冷銅板交錯結(jié)構(gòu)重復(fù) 7次，各絕緣層7和水冷銅板10上下疊加在一起，其各自的中心孔連通構(gòu)成放電通道15，放電通道15的內(nèi)壁采用鉬、鎢等高熔點(diǎn)材料，外壁采用中空的水冷銅板。在第一個水冷銅板 10的內(nèi)部還設(shè)有反應(yīng)氣體源接口 8。陽極9連接在最下面一層絕緣層7下，陽極9接地并設(shè)有拉瓦爾噴嘴16。為了減少陰極材料的燒蝕，除采用設(shè)有進(jìn)水口 11和出水口 12的水冷鎢陰極外，還在放電腔室5的外壁纏繞有設(shè)有進(jìn)水口 1和出水口 6的水冷銅管17 ；為了更好地冷卻陽極9，在陽極9的內(nèi)部設(shè)有一個冷卻水循環(huán)通道18，該冷卻水循環(huán)通道18通過進(jìn)水口 13和出水口 14與外部冷卻水源連接。
權(quán)利要求1.一種三陰極多級直流弧放電等離子體發(fā)生裝置，包括放電腔室(5)、陰極( 和陽極 (9)，陽極(9)接地，陰極( 與直流電源連接，其特征在于陰極( 為鎢陰極，共三根，插裝在放電腔室( 的頂部，其尖端部分位于放電腔室( 中，每兩根鎢陰極( 之間的夾角為120°，在放電腔室(5)的頂部中央設(shè)有惰性氣體源接口(3)，在放電腔室(5)的底部設(shè)有絕緣層(7)，在絕緣層(7)下設(shè)有水冷銅板(10)，絕緣層-水冷銅板交錯疊加5-8次，各絕緣層(7)和水冷銅板(10)的中心孔連通構(gòu)成放電通道(15)，設(shè)有拉瓦爾噴嘴(16)的陽極(9)安裝在最下面絕緣層(7)的下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三陰極多級直流弧放電等離子體發(fā)生裝置，其特征在于鎢陰極( 通過陰極冷卻桿(4)插裝在放電腔室(5)的頂部，鎢陰極( 安裝在陰極冷卻桿 (4)下部，陰極冷卻桿(4)上設(shè)有進(jìn)水口(11)和出水口(12)，其上部設(shè)有與直流電源連接的接頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三陰極多級直流弧放電等離子體發(fā)生裝置，其特征在于在放電腔室(5)的外壁上纏繞有多圈冷卻銅管(17)，冷卻銅管(17)設(shè)有進(jìn)水口(1)和出水口 (6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三陰極多級直流弧放電等離子體發(fā)生裝置，其特征在于在第一個水冷銅板(10)的內(nèi)部設(shè)有反應(yīng)氣體源接口(8)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種三陰極多級直流弧放電等離子體發(fā)生裝置，該等離子體發(fā)生裝置在放電腔室(5)的頂部設(shè)有三根鈰鎢陰極(2)，在放電腔室(5)的頂部中央設(shè)有與工作氣體源連接的氣體源接口(3)，在放電腔室(5)的底部設(shè)有絕緣層(7)，在絕緣層(7)下設(shè)有水冷銅板(10)，絕緣層-水冷銅板交錯疊加5-8次，各絕緣層(7)和水冷銅板(10)的中心孔連通構(gòu)成放電通道(15)，設(shè)有拉瓦爾噴嘴(17)的陽極(9)安裝在最下面絕緣層(16)的下方，陽極(9)直接接地，三根水冷鎢陰極(2)與直流電源連接。本實(shí)用新型不僅能保證產(chǎn)生高密度等離子體，而且還具有電源能量轉(zhuǎn)換率高、操作和維護(hù)方便、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，特別適合進(jìn)行快速薄膜沉積使用。
文檔編號H05H1/48GK202111925SQ20112012842
公開日2012年1月11日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者陳波 申請人:成都科尚科技有限公司