[发明专利]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

权利要求书

1、一种通过热灯丝放电使金刚石薄膜生长的方法，包括：

a)将具有沉积表面的基底设置于在汽相沉积室中的基底夹持器上，与基底的沉积表面相间隔地提供一个栅电极，提供一个插入所述的栅电极和所述的基底沉积表面之间的灯丝组电极；

b)将含有氢和含碳气体的气体混合物流入所述的汽相沉积室内，并电阻式加热灯丝组电极到约1800℃至约2600℃的温度范围内，所述的基底被加热到约600℃至约1100℃的温度范围内；

c)通过对灯丝组电极施以相对于基底夹持器为正电极的偏压、以及对栅电极施加相对于灯丝组电极的电压为正电压的偏压，使基底成核；随后

d)对栅电极施以相对于灯丝组电极的电压为正电压的偏压，使沉积表面上的金刚石薄膜生长。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于，在成核步骤期间，将该基底偏置以地电位，对该灯丝组电极施加相对于地电位为约20至约300V范围内的电位的偏压，对该栅电极施以相对于该灯丝组电极为约20至约300V范围内的电位的偏压。

3、根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在成核步骤之后的金刚石薄膜生长步骤期间，将该基底夹持器和该灯丝组电极都偏置以地电位，并且，对该栅电极施以相对于该灯丝组电极为20-300V范围内的电压的偏压。

4、根据权利要求1，2或3的方法，其特征在于，在成核步骤之后的金刚石薄膜生长步骤期间，将该基底夹持器偏置以地电位，并且对该灯丝组电极施以相对于基底夹持器以负电压的偏压，所述的相对于基底夹持器的负电压在约-20至约-300V的范围内。

5、根据权利要求1，2，3或4的方法，其特征在于，所述的含碳气体选自烃类，含氧和/或氮的烃类，和含卤素、碳蒸汽、CO和CO₂的烃类。

6、根据权利要求1，2，3，4或5的方法，其特征在于，所述的气体混合物还含有O₂，F₂，H₂O中的任一种，和惰性气体，和它们任意组合。

7、根据权利要求1，2，3，4，5或6的方法，其特征在于，所述的气体混合物的压力保持在约10至约500乇的范围。

8、根据权利要求1，2，3，4，5，6或7的方法，其特征在于，所述的灯丝组电极由选自交流电源或直流电源中的任何电源以电阻式加热。

9、根据权利要求1，2，3，4，5，6，7或8的方法，其特征在于，所述的基底是一种工具。

10、一种利用热灯丝DC放电等离子体使金刚石薄膜敷层生长的设备，包括：

a)具有气体入口的沉积室，使反应物气体由入口流入所述的沉积室内；

b)具有用于夹持基底的表面的导电基底夹持器，和用于加热和冷却所述基底夹持器的装置；

c)与所述基底表面相间隔的栅电极；

d)插入所述栅电极和所述基底夹持器表面之间的灯丝组电极，以及用于电阻式加热所述灯丝组电极的装置；

e)对所述栅电极、所述灯丝组电极和所述基底夹持器施以偏压以产生热灯丝DC放电等离子体的装置，包括用于调节施加于所述栅极和所述灯丝组电极相对于所述基底夹持器、以及它们相互之间的偏压的装置。

11、根据权利要求10的设备，其特征在于，所述的基底位于所述的基底夹持器上，所述的灯丝组电极与其上要合成所述金刚石薄膜的基底的表面相间隔，其间距小于或等于约2cm，所述的灯丝组电极与所述的栅电极相间隔，其间距小于或等于约5cm。

12、根据权利要求10或11的设备，其特征在于，所述的栅电极选自间距棒、导线组、导线网或具有多个孔的金属板。

13、根据权利要求10、11或12的设备，包括用于加热和冷却所述栅电极的加热和冷却装置。

14、根据权利要求10，12，或13的设备，其特征在于，所述的用于电阻式加热所述灯丝组电极的装置，选自交流或直流电源。

15、根据权利要求10，12，13或14的设备，其特征在于，所述的用于加热和冷却所述基底夹持器的装置包括附加到所述基底夹持器上并与温度控制器相连的热电偶。