[发明专利]一种MPCVD合成设备、控制方法及合成方法

说明书

本发明涉及一种MPCVD合成设备、控制方法及合成方法，该合成设备包括微波发生装置、反应腔和供气装置；其特征在于，还包括微波反射测量装置、温度测量装置、真空测量装置、气压控制装置和控制中心，所述微波发生装置、微波反射测量装置、温度测量装置、真空测量装置、气压控制装置和供气装置分别与控制中心通信连接。本发明通过功率‑气压‑温度‑反射微波的自动匹配并实现动态平衡，可将反应腔体内部的环境稳定在最适合目标产品合成的环境条件，提高目标产品合成速率和合成质量；功率‑气压‑温度‑反射微波的自动匹配，可有效提高操作人员的操作效率，省时省力；有效提高磁控管的使用效率，保障使用安全。

技术领域

本发明涉及一种微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）合成设备、控制方法及合成方法，属于化学气相沉积设备领域。

背景技术

MPCVD法不仅可以用于合成金刚石，还适用于很多其他材料的制备，MPCVD法合成金刚石的质量与多种因素有关，包括碳源浓度，气体流量大小，基板台高度，微波功率，合成温度等。合成温度对于合成金刚石质量具有极大地关系，因此合成过程中自动监测、控制金刚石的温度非常关键。现有技术中一般采用人工调节的方式，调整各因素，控制合成反应稳定进行，但是人工调节存在误操作的可能，同时需要长期人工值守，且人工值守也存在操作不及时的情况。

微波等离子体化学气相沉积法合成金刚石的流程如图1所示。微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）法是目前国际上被用于高品质金刚石膜制备的首选方法。为了提高金刚石膜的沉积速率、质量以及适当大的沉积面积，目前许多发达国家都在发展高功率 MPCVD技术并开发出了多种高功率 MPCVD 设备，但是高功率MPCVD设备中微波发生装置内的磁控管部件非常脆弱，在金刚石合成过程特别是在反应前后微波功率升降过程中都可能出现因反射微波功率过高而损毁磁控管的情况。

相关现有技术如下：

电源功率控制技术：线性电源主要由工频变压器、整流滤波器、控制电路、保护电路等部件组成，交流电经变压器变压后，经整流和滤波得到不稳定的直流电压，滤波后的电压和电流反馈至控制电路并经过调整后即可得到稳定度相当高的输出功率。

真空测量技术：真空测量是测量容器中或某部分空间气体的稀薄程度的技术，根据测量范围的不同，分为液位真空计、电容薄膜真空计、磁悬浮转子计、电离真空计、阴极电离计等。其测量方式分直接法和间接法两种，直接法利用液柱差、机械变形等原理直接测量压强，间接法利用气体的物理性质如热传导、粘滞性、电离及光散射效应等来测量压强，真空测量中大多数属于间接法测量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种MPCVD合成设备，根据目标产品的合成工艺，实现设备微波发生装置输出功率、反应腔气体压力、目标产品表面温度的自动匹配，实现功率-气压-温度的动态平衡，创造最优的合成环境，从而提高目标产品合成的质量。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种技术方案如下：

一种MPCVD合成设备，包括微波发生装置、微波传输系统、与微波传输系统连接的反应腔（2）和用于为反应腔提供反应气体的供气装置；用于测量反应腔内目标产品表面温度的温度测量装置、用于测量反应腔内气压的真空测量装置、用于调节反应腔内气压的气压控制装置和控制中心，所述微波发生装置、温度测量装置、真空测量装置、气压控制装置分别与控制中心通信连接。所述控制中心接受、识别各装置反馈来的数据信号，并对数据信号进行分析处理后，向相应装置发出相应指令。

微波传输系统用于将微波从微波发生装置导入反应腔。可选的微波传输系统一般包括波导、环形器、水负载、螺钉阻抗调节器、短路活塞、微波转换天线等部件。

微波发生装置为产生微波的装置。可选的微波发生装置一般包括磁控管。进一步地，微波发生装置包括微波电源系统和磁控管，微波电源系统接受控制中心的指令进行功率输出。更进一步的，还包括温度测量器件，用于测量微波发生装置的磁控管的温度。