[发明专利]热丝与热蒸发气相沉积薄膜设备

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种制备薄膜材料的气相沉积设备及应用，特别是利用该设备制备金刚石薄膜。该设备通过在低压下用热丝激活源气体，或与热蒸发丝蒸发源材料组合，沉积制备薄膜材料。 

二、背景技术

热丝等离子体化学气相沉积设备通常包含供气系统(6)(8)(22)、抽气系统(26)、冷却系统(27)(11)、真空反应室(2)(7)(23)、衬底支架(4)(10)(25)、热丝源气体激活装置(3)(14)(30)和电控系统(13)(19～21)(29)(34)(35)(37)等。用于生长沉积的源气体及管道组成供气系统(6)(8)(22)。抽气系统(26)由真空泵、抽气管道及真空测量仪表组成。冷却液体和管道阀门构成冷却系统(27)(11)。热丝化学气相沉积(HFCVD)设备被用来沉积薄膜(参见国际专利WO99/02753，中国专利98806931.8，题为“利用热灯丝直流等离子体进行金刚石成核和沉积的设备及方法”)，HFCVD反应室一般包含一个电阻式加热灯丝(resistively heated filament)(3)(14)(30)和一个可被加热或冷却的衬底支架(4)(10)(25)。反应室(2)(7)(23)连接真空系统(26)，保持低压。灯丝(3)(14)(30)是由高熔点的耐熔金属制成，激活离解混合气体，生成要被制备材料的先驱物。然后，先驱物扩散并凝聚在衬底上形成要被制备的材料。这种设备缺点是只能进行单一的热灯丝等离子体化学气相沉积，没有热蒸发装置，不能同时在真空下对样品进行热蒸发处理。 

另外，还有几种化学气相沉积方法联合制备的复合设备。中国专利 CN2666928Y提出“一种等离子热丝法化学气相沉积金刚石膜的装置”，该设备在传统的热丝化学气相沉积设备的热丝上方，加一个上电极，以衬底支架作下电极，两电极之间加上直流电压作为偏压，并在两电极之间产生等离子辉光放电。中国专利CN2820878Y，题为“等离子增强热丝化学气相沉积薄膜装置”，类似于中国专利CN2666928Y，不同之处在于上、下电极不仅可以与直流电源，还可以与脉冲电源，或射频电源的两电极相连。以上两专利设备是将热丝化学气相沉积和直流等离子体化学气相沉积两种设备在一定程度上进行了复合，没有涉及到热蒸发装置，不能在线实时对样品进行热蒸发处理。由于热丝(3)(14)(30)分布的不均匀，这种没有衬底转动的设备，在衬底(5)(9)(24)上制备的材料均匀性较差；这种衬底(5)(9)(24)固定的设备，也不适合化学气相沉积材料的大规模流水线制备。 

三、发明内容

本发明提供一种新的具有热蒸发处理功能的热灯丝等离子体化学气相沉积装置。能解决现有技术中热灯丝等离子体化学气相沉积装置，无法同时进行热蒸发处理工艺的问题，具有热灯丝等离子体和热蒸发处理组合功能的优点。 

为实现上述目的，本发明的化学气相沉积设备由供气系统(6)(8)(22)、抽气系统(26)、冷却系统(27)(11)、真空反应室(2)(7)(23)、衬底支架(4)(10)(25)、热丝源气体激活装置(3)(14)(30)、热蒸发装置(32)和电控系统(13)(19～21)(29)(34)(35)(37)组成。热丝源气体激活装置(3)(14)(30)作了改进：源气体的激活由热丝激活部分组成；热丝激活部分包含热丝(3)(14)(30)、热丝支架和对热丝供电的热丝电源(21)(37)，和热丝(3)(14)(30)相对基底(5)(9)(24)的偏压电源(20)，热丝电源(21) 能使热丝激活源气体。这种设备既可单独作热丝化学气相沉积，或单独作热蒸发，也可以进行热丝化学气相沉积和热蒸发组合。该设备衬底支架(4)(10)(25)相对热丝(3)(14)(30)，或热丝(3)(14)(30)和热蒸发源的组合运动，改善衬底(5)(9)(24)上沉积材料的均匀性，也可用于化学气相沉积材料大规模流水线制备。可供选用的一种结构是热丝和热蒸发源固定不动，连续的衬底支架(4)(10)(25)分别携带衬底(5)(9)(24)移动进入真空反应室(2)(7)(23)，再匀速转动，最后移出真空反应室(2)(7)(23)。 

本发明的优点和效果： 

(1)在工业生产中，将样品从热灯丝等离子体沉积和热蒸发处理两独立工艺设备中的一种工艺送往另一种工艺中，会暴露于大气，造成污染。含有两种工艺的复合设备，可以在真空下分别进行两种工艺，而样品不必暴露于大气，避免大气污染。同时工序简单，降低成本。 

(2)在热灯丝等离子体沉积制备材料过程中，新设备可以同时利用热蒸发装置对样品材料进行热处理。