專利名稱：一種用于真空制膜設(shè)備的活化氣體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及真空制膜設(shè)備，特別是涉及制膜設(shè)備中的裝置。
眾所周知，半導(dǎo)體集成電路、磁帶、光盤等都與薄膜制備直接相關(guān)，尤其是近年來隨著高溫超導(dǎo)薄膜、超硬碳氮薄膜以及新型的鐵電、光學(xué)等薄膜的成功制備，制備薄膜已成為研制和探索新型材料的重要手段。因此薄膜科學(xué)是近年來迅速發(fā)展的學(xué)科領(lǐng)域之一。盡管有多種不同的制膜方法與設(shè)備，如何獲得新的和高性能高質(zhì)量的薄膜是大家共同關(guān)心的問題，使用活化氣體是制備多種薄膜材料所采取的有效措施之一。因?yàn)槿绺邷爻瑢?dǎo)薄膜等氧化物薄膜，氧是其化學(xué)組份之一，需要在一定的氧氣壓下制備。超硬碳氮(C3N4)薄膜，氮是其化學(xué)組份之一，為了得到合適的化學(xué)比，不得不在一定的氮?dú)鈮合轮苽?。但如果工作氣壓較高，不僅有的制膜設(shè)備無法運(yùn)轉(zhuǎn)，而且氣壓較高時，一般均難以得到優(yōu)質(zhì)薄膜，為了解決這一問題，人們就使用活化氣體以降低制膜過程的工作氣壓。為了得到活化氣體，有的采取微波激勵，如文獻(xiàn)(1)C.Niu et al.，Science Vol.261，334(1993).有的采用臭氧發(fā)生器，如文獻(xiàn)(2)T.Terashimaetal.，Phys.Rev.Lett.Vol.65，2684(1990).有的采用離子束源，如文獻(xiàn)(3)X.D.Wuet al.，Appl.Phys.Lett.Vol.65，1961(1994).這些活化氣體方法不僅裝置與設(shè)備復(fù)雜成本高，而且由于管道傳輸中的分解與復(fù)合等原因，一般到達(dá)真空室里的活化氣體僅為5％～13％，其效果也還不夠理想。
本實(shí)用新型的目的在于克服上述已有技術(shù)和方法的缺點(diǎn)和不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、活化氣體效率高，直接用于真空室制膜的活化氣體裝置。
本實(shí)用新型的任務(wù)是這樣完成的本實(shí)用新型利用氣體輝光放電和尖端放電的特性，制成雙放電活化氣體裝置。它是由放電管、2個電極、限流電阻、電源和法蘭組成。放電管同時是制膜真空室工作氣體導(dǎo)入管，放電管做成前端有1-10個錐形噴嘴，用法蘭把它帶有噴嘴端密封固定在真空室內(nèi)，放電管的近氣口部分留在真空室外。電源的高壓輸出端用陶瓷或聚四氟乙烯等絕緣電極引入真空室后與電極聯(lián)接，電源的地端與電極相聯(lián)，限流電阻與電極和高壓電源相聯(lián)。放電管可用石英、玻璃、氧化鋁或陶瓷等絕緣材料。放電管與法蘭之間的密封聯(lián)接，可按制膜真空室是低真空、高真空或超高真空的不同要求，采用橡皮、氟橡膠或可伐燒封等不同做法。法蘭與真空室之間采用橡皮、氟橡膠或金屬“0”環(huán)密封聯(lián)接。電源可以是交流、直流或射頻電源。為了增大放電電流密度，提高離化效率，可以在放電管的外壁再燒封一個夾層水冷套，通水冷卻放電管。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明若把放電管前端噴嘴做成幾十微米的通經(jīng)，在滿足放電管內(nèi)氣體輝光放電氣壓的條件下，在放電管的里外可產(chǎn)生六、七個數(shù)量級的氣壓差。因此，本實(shí)用新型所提供的活化氣體裝置能用于很大工作氣壓范圍的真空制膜條件，可用于不同制膜方法，不同真空度要求的各種制膜系統(tǒng)。


圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型放電管的多噴嘴示意圖。
圖面說明如下1-放電管；2—電極； 3—電極；4—限流電阻；5—電源； 6—法蘭； 7—?dú)饪诟鶕?jù)真空制膜的工作氣壓決定放電管(1)前端噴嘴的大小，通過控制通氣流量來控制放電管(1)里的氣壓。使放電管(1)里的氣壓維持在容易產(chǎn)生輝光放電的幾十乇到幾乇。此時當(dāng)高壓電源(5)的輸出電壓值上升到一定電壓時，在電極(2)和電極(3)之間就會產(chǎn)生均勻的輝光放電，同時一般真空室外壁都是金屬材料并且接地。電極(3)接高電位，電極(3)就會對真空室壁產(chǎn)生尖端放電。若流經(jīng)放電管(1)的工作氣體是氧或氮?dú)?，通過電極(2)和電極(3)之間的輝光放電與電極(3)對真空室的尖端放電，氧或氮的分子有一部分就會被離化而生成化學(xué)性質(zhì)很活潑的原子氧或原子氮，這些經(jīng)雙放電電離后產(chǎn)生的原子氧或原子氮，沒有任何衰減的從放電管(1)前段的噴嘴直接噴入制膜真空室內(nèi)。若把噴嘴方向朝向基片的方向，活化氣體就直接到達(dá)基片。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，若工作氣體是氧氣或氮?dú)?，真空室?nèi)原子氧或原子氮可占到20％以上，活化氣體的成份遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它方法。
本實(shí)用新型所提供的活化氣體裝置優(yōu)點(diǎn)在于不僅可用于工作氣壓從幾百乇到幾十乇的激光制膜、化學(xué)淀積、化學(xué)蒸發(fā)等真空制膜，也可以用于工作氣壓僅為10-5～10-7乇的可制備原子尺度控制的分子束外延(MBE)和激光分子束外延(LMBE)等高精密真空制膜系統(tǒng)。同時，本實(shí)用新型所提供的活化氣體裝置可以工作在多種不同的工作氣體或混合氣體條件下，是一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、離化效率高的活化氣體裝置。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)地說明實(shí)施例1按照附
圖1制作一雙放電活化氣體裝置。
用外徑φ6mm壁厚1mm的石英管燒制成放電管(1)，在放電管(1)前端磨出φ0.5mm的噴嘴，用φ1mm的鎢絲做電極(2)和電極(3)，兩電極間距為100mm。用CF35的法蘭(6)和氟橡膠“0”環(huán)將放電管(1)密封聯(lián)接在真空室內(nèi)。電源(5)選用輸出0～8KV功率200W的直流高壓電源。它的高壓輸出端與電阻(4)相聯(lián)，地端與電極(2)相聯(lián)。選用阻值1MΩ，功率為100W的線繞陶瓷電阻做限流電阻(4)，它接在電極(3)與高壓電源(5)的高壓端上。使用氮?dú)庾鰹楣ぷ鳉怏w，制成用于激光制膜設(shè)備，制備超硬碳氮(C3N4)薄膜的活性氮發(fā)生器。
實(shí)施例2按實(shí)施例1聯(lián)接，只是噴嘴做成φ0.05mm.
按實(shí)施例1做，放電管(1)前端磨出噴嘴約為φ0.05mm，把放電管(1)燒封在CF35的法蘭(6)上，制成用于分子束外延(MBE)設(shè)備上制備超導(dǎo)薄膜材料的活性氧發(fā)生器。
實(shí)施例3按實(shí)施例2做，用輸出0～6KV的50Hz交流高壓電源做電源(5)。制成用于激光分子束外延(LMBE)設(shè)備上制備氧化物薄膜材料的活性氧發(fā)生器。
實(shí)施例4按實(shí)施例3做，放電管(1)的前端燒制如圖2所示的三個并聯(lián)噴嘴。三個噴嘴互成120度，分布在φ30mm的圓周上，制成用于激光分子束外延設(shè)備制備大面積氧化物薄膜的活性氧發(fā)生器。
實(shí)施例5按實(shí)施例1做，把外徑φ12mm，壁厚1mm的石英管套在放電管(1)外面，然后燒封在放電管(1)的外壁上，并在兩端分別燒接進(jìn)出水的兩個水嘴，制成水冷型大功率活性氣體發(fā)生器。
權(quán)利要求1.一種用于真空制膜設(shè)備的活化氣體裝置，包括放電管(1)、電極(2)，(3)、限流電阻(4)、電源(5)和法蘭盤(6)，其特征在于放電管(1)前端做成1-10個錐形噴嘴，用法蘭(6)把放電管(1)密封固定在真空室內(nèi)，放電管(1)的進(jìn)氣口(7)留在真空室外，高壓電源(5)的輸出端引入真空室與電極(3)相聯(lián)，高壓電源(5)的地端與電極(2)相聯(lián)，限流電阻(4)與電極(3)和高壓電源(5)的高壓端相聯(lián)。
2.按權(quán)利要求1所述的用于真空制膜設(shè)備的活化氣體裝置，其特征在于還包括在放電管(1)外壁再燒封一個夾層水冷套。
3.按權(quán)利要求1所述的用于真空制膜設(shè)備的活化氣體裝置，其特征在于所述的電源包括正高壓電源、負(fù)高壓電源、交流電源、射頻高壓電源。
專利摘要本實(shí)用新型涉及真空制膜設(shè)備中的裝置。本實(shí)用新型為提供一種結(jié)構(gòu)簡單、活化氣體效率高、可直接用于真空室內(nèi)的活化氣體裝置。本實(shí)用新型由呈錐形的真空放電管用法蘭盤把它密封固定在真空室內(nèi)，電極(3)與引入真空室內(nèi)的電阻(4)相接，電極(2)與地端相接，限流電阻與電極和高壓電源(5)的高壓端相接組成。該裝置可用于多種制膜設(shè)備中，使用方便，氣體活化效率高達(dá)。
文檔編號C23C14/22GK2265985SQ9621904
公開日1997年10月29日 申請日期1996年9月16日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月16日
發(fā)明者呂惠賓, 楊國楨, 周岳亮, 王會生, 陳正豪, 崔大復(fù), 何萌 申請人:中國科學(xué)院物理研究所