[实用新型]一种大面积沉积金刚石膜的热丝架

说明书

技术领域：

本实用新型涉及化学气相沉积金刚石膜领域，特别是热丝化学气相沉积装置中的热丝架。

背景技术：

目前，金刚石薄膜的制备技术主要包括微波等离子体化学气相沉积、直流等离子体喷射化学气相沉积、热丝化学气相沉积等。相对于其它两种技术，热丝法可制备大面积金刚石薄膜，且综合成本最低，具有良好的工业推广潜能。 

热丝架的设计是热丝CVD沉积系统制备大面积金刚石膜的核心内容。水平布置的热丝阵列在通电后，热丝被迅速加热，从而产生膨胀，长度随之增加。如果此时灯丝拉长得不到及时消除的话，原本平行于基底的热丝将产生下垂。灯丝下垂导致灯丝与基底间距发生改变，甚至出现灯丝直接接触基底材料，从而造成温度场的不均匀，成膜质量严重受损，甚至无法合成金刚石薄膜。因此，为了获得稳定的温度场，必须保证热丝在沉积过程中与基底的间距始终保持稳定。因此，一般采用将热丝一端固定，另一段采用弹性良好且能耐高温的弹簧连接。当灯丝通电被加热后灯丝长度增加，此时，利用弹簧拉力变形使灯丝变形量得到消除，灯丝不产生下垂，从而达到保持灯丝始终平直的效果。

中国专利200610039088.3公开了一种实用新型：热丝架包括一个固定电极和一个移动电极和相应的热丝。热丝采用单根扁平状金属丝，绕在固定电极与移动电极的电极柱上形成热丝阵列。该方案虽然可以保证热丝始终处于平直状态且可能会增加能量利用率，但是由于采用单根灯丝，如果在设备运行过程中，由于灯丝温度很高，灯丝与导电柱接触点的润滑性不足时，很可能造成灯丝局部无法拉直，从而导致整个热丝架的拉直无法实现。中国专利201010181903.6公开了另一种热丝架的张紧机构：该机构同样采取一根长灯丝的往复缠绕实现大面积的金刚石膜沉积。该方法采用一个固定电极横梁和一个活动电极，灯丝通过弹簧的拉力实现紧绷。该方案结构较为简单，但是在方案实施过程中，活动螺钉和活动电极均是导电通道，它们本身就会产生很高的温度，此时彼此之间的连接可能出现滑动不畅，或者接触电阻太大，从而导致导电能力不足或补充灯丝变形失败等结果。此外，以上两个公开实用新型中，采用的灯丝均是单根灯丝，如果在设备运行过程中，由于某一接触点出现问题而导致灯丝变形没有得到及时消除，则整个丝架系统将无法正常工作。因此，改用单根灯丝的话，则可避免单根长灯丝受限制点过多的缺陷，提高了系统稳定性和灯丝的重复利用率。

美国专利US5997650公开了一种方案：热丝架采用一个固定电极和一个活动电极。活动电极通过弹簧连接。随着灯丝受热变长，弹簧拉动电极进行补偿。该方案中活动电极的连接可能会存在缺陷。比如在长时间的设备运行过程中，活动电极与导线连接处的冷却无法得到有效疏散的话，活动电极的滑动将受阻，使得灯丝变形后无法得到及时的拉升，从而造成灯丝下坠，实验失败。

实用新型内容：

本实用新型提供一种简单、稳定生长大面积金刚石薄膜的热丝架及其制造方法。该实用新型可克服已有技术中的一些技术缺陷，提高热丝的利用率和稳定性，用于制备大面积金刚石薄膜。

本实用新型的技术方案如下：一种大面积沉积金刚石膜的热丝架制造方法，其特征在于，具体步骤如下：

1.1整个热丝架首先在沉积腔室外进行整体安装；先通过两根支撑杆（8）将左钼电极（1）和右钼电极（2）进行固定；未安装弹簧的弹簧架（5）通过陶瓷绝缘片与右钼电极（2）进行连接，整个弹簧架平面与水平呈30度夹角；在左钼电极（1）上等间距布置一排带凹槽销钉（3），凹槽口背对右钼电极（2）；右钼电极（2）上具有弧型槽（4），弧型槽（4）与销钉（3）分布规律相同，且弧型槽（4）底部与销钉（3）的凹槽水平一致；钽或钨材质的灯丝（7）依据需要剪成长度相等的灯丝段若干根，然后在两头拧出圆环状；灯丝一端套在带凹槽销钉（3）上，另一端跨过右钼电极（2）后与弹簧（9）一端连接，弹簧（9）另一端通过钩连接在外边条（6）的相应孔上，外边条（6）上的孔与弧型槽（4）和销钉（3）分布规律相同，从而完成固定；

1.2所有灯丝布置完后，将整个灯丝阵列放入反应腔室中，左、右钼电极与四个带水冷铜电极支柱（10）进行连接；热丝架固定后，将两根支持杆（8）拆除，即可关闭腔室进行实验。

一种大面积沉积金刚石膜的热丝架，包括左钼电极（1），右钼电极（2），带凹槽销钉（3），弧形槽（4），弹簧架（5）， 外边条（6），若干根长度相等的灯丝（7），支持杆（8）及弹簧（9）；

所述左钼电极（1）和右钼电极（2）通过支持杆（8）固定；