專利名稱：射頻硅化鍍膜工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于磁約束聚變裝置第一壁表面的鍍膜工藝。
對磁約束聚變裝置而言，在其第一壁表面復(fù)蓋一層一定厚度的碳化硅或硅化物薄膜，能夠有效地防止雜質(zhì)的產(chǎn)生和濺射，對高溫等離子體的品質(zhì)能夠起到極大的改善作用。常規(guī)的硅化鍍膜技術(shù)是利用直流輝光放電將硅烷氣體電離，對壁表面進行鍍膜。但對未來磁約束聚變反應(yīng)堆來說，無一例外的將采用超導(dǎo)裝置，即高本底磁場始終存在，在這種條件下直流輝光放電已經(jīng)不能工作。
本發(fā)明的目的在于提供一種新的、能夠作用于磁約束聚變裝置第一壁表面的射頻硅化鍍膜工藝。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的A)射頻波由射頻發(fā)射機提供；B)射頻波經(jīng)饋線輸送到離子回旋天線，該離子回旋天線整體上呈一半圓形狀，置于磁約束聚變裝置的內(nèi)部；C)磁約束聚變裝置內(nèi)抽成真空后，充入硅烷和氦氣的混合氣體；D)射頻波經(jīng)離子回旋天線激發(fā)后，將硅烷氣體電離，分解成為高能的硅離子，這些離子通過碰撞和電荷交換，形成中性的硅原子和硅化合物分子，轟擊磁約束聚變裝置第一壁表面，經(jīng)沉積形成硅膜。
以下結(jié)合射頻硅化鍍膜工藝原理圖對該工藝作進一步的說明。


圖1為射頻硅化鍍膜工藝原理圖。
由附圖可見，射頻波由射頻發(fā)射機1提供，經(jīng)饋線7輸送到離子回旋天線3。離子回旋天線3主要由中心導(dǎo)體和圓棒形的屏蔽片組成，其整體上呈一半圓形狀，安裝在磁約束聚變裝置2內(nèi)。該磁約束聚變裝置2為類似輪胎狀的真空密封的不銹鋼容器，其邊緣上開有連接真空泵的洞口4和充氣孔5、6。
射頻鍍膜之前，先將磁約束聚變裝置2內(nèi)抽成真空，再從充氣孔5、6處分別充入硅烷和氦氣，硅烷與氦氣的比例為1∶5-10，混合氣體的壓強為0.01-0.5Pa。同時，將磁約束聚變裝置第一壁表面的溫度控制在180-220攝氏度之間。當(dāng)功率為8-15kW、頻率為15-40MHz的射頻電磁波由離子回旋天線3，經(jīng)法拉第屏蔽的模式交換后，快磁聲電磁波被有效地激發(fā)，通過離子回旋共振，將射頻波的能量交給等離子體8的離子，將硅烷氣體電離，分解成為高能的硅離子，這些電離子通過碰撞和電荷交換，形成中性的硅分子和硅化合物分子，這些中性粒子便不受約束地轟擊磁約束聚變裝置2的第一壁表面，并在其壁表面進行有效的沉積，形成硅膜。
其射頻硅化鍍膜的速率為每小時50納米，硅化的時間可根據(jù)所需的硅膜厚度而定。
為了在磁約束聚變裝置2第一壁表面獲得厚度均勻的硅膜，射頻波采用脈沖式工作模式，即波的輸出為連續(xù)短脈沖運行。最佳的占空比為1∶1.5，即0.4秒波輸出和0.6移間隔時間。
本發(fā)明由于利用超導(dǎo)磁約束聚變裝置存在強磁場的特點，利用射頻電磁波能有效電離預(yù)充在裝置中的硅烷氣體，使硅原子或硅化合物分子能夠高效地沉積在裝置的表面，形成硅膜。經(jīng)在HT-7型超導(dǎo)托卡馬克上的實驗表明采用該種射頻鍍膜工藝所形成的硅膜均勻、硬度高、粘滯性強、抗轟擊，與常規(guī)的直流輝光放電技術(shù)所獲得的膜質(zhì)量相比，其使用壽命提高5倍以上。
權(quán)利要求
1.一種射頻硅化鍍膜工藝，其特征是A)射頻波由射頻發(fā)射機(1)提供；B)射頻波經(jīng)饋線(7)輸送到離子回旋天線(3)，該離子回旋天線(3)整體上呈半圓形狀，置于磁約束聚變裝置(2)的內(nèi)部；C)磁約束聚變裝置(2)內(nèi)抽成真空后，充入硅烷和氦氣的混合氣體；D)射頻波經(jīng)離子回旋天線(3)激發(fā)后，將硅烷氣體電離，分解成為高能的硅離子，這些離子通過碰撞和電荷交換，形成中性的硅原子和硅化合物分子，轟擊磁約束聚變裝置(2)第一壁表面，經(jīng)沉積形成硅膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鍍膜工藝，其特征是所述的硅烷和氦氣的比例為1∶5-10，該混合氣體的壓強為0.01-0.5Pa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鍍膜工藝，其特征是所述的射頻波采用脈沖式工作模式，即波的輸出為連續(xù)短脈沖運行；其最佳的占空比為1∶1.5。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于磁約束聚變裝置第一壁表面的鍍膜工藝,其特征是:射頻波由發(fā)射機提供;射頻波經(jīng)饋線輸送到離子回旋天線,該天線呈半圓形狀,置于磁約束聚變裝置的內(nèi)部;該裝置抽成真空后,充入硅烷和氦氣;射頻波將予充在裝置中的硅烷氣體電離,產(chǎn)生高能的硅原子和硅化合物分子并對壁表面進行沉積,形成硅膜。利用這種工藝所形成的硅膜均勻,硬度高,粘滯性強,抗轟擊,與常規(guī)的直流輝光放電技術(shù)所獲得的膜質(zhì)量相比,其使用壽命提高5倍以上。
文檔編號C23C16/50GK1273280SQ0011227
公開日2000年11月15日 申請日期2000年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月15日
發(fā)明者李建剛, 龔先祖, 趙燕平, 萬寶年, 辜學(xué)茂, 羅家融 申請人:中國科學(xué)院等離子體物理研究所