一種激光微波磁場共同增強的化學氣相沉積設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于薄膜制備技術領域，尤其涉及一種激光微波磁場共同增強的化學氣相沉積設備。
【背景技術】
[0002]化學氣相沉積法是近幾十年發展起來的制備無機材料的新技術，其應用非常廣泛，已經廣泛用于提純物質、研制新晶體、沉淀各種單晶、多晶及無機薄膜材料。化學氣相沉法制備薄膜是利用氣態的先驅體反應物，通過原子、分子間化學反應的途徑生成薄膜。其制備的薄膜材料具有純度高，致密性好；可以規模化連續生產，工藝上易于控制，產品質量穩定等優點。
[0003]從工業化生產角度來看，雖然常規化學氣相沉積已經實現了工業化制備薄膜材料，但是常規化學氣相沉積法仍存在沉積速率相對偏低以及沉積溫度相對偏高的問題，造成產品及設備生產成本相對偏高。因此，如何提高常規化學氣相沉積的沉積速率及降低沉積溫度成為了實現低成本化學氣相沉積工業化應用的主要考慮因素。
【發明內容】
[0004]本發明提供一種激光微波磁場共同增強的化學氣相沉積設備，以解決常規化學氣相沉積設備制備薄膜時存在的沉積速率相對偏低及沉積溫度相對偏高的問題，進而實現低成本、高速率制備各種功能及結構薄膜。
[0005]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:提供一種激光微波磁場共同增強的化學氣相沉積設備，包括腔體、雙層原料混合噴管、連續激光發射器、微波發生器、加熱臺，腔體的上端面開設雙層原料混合噴管接口，雙層原料混合噴管豎直穿過腔體的上端面，并與腔體密封連接，加熱臺設置在腔體內部，固定在雙層原料混合噴管的下方，腔體的上端面還設置開口處并以透明的激光引入窗片密封，連續激光發射器固定在激光引入窗片的上方，連續激光發射器的激光發射方向對準加熱臺，激光引入窗片緊密地嵌入腔體上端面的開口中，使腔體保持密封，原料蒸氣、反應劑分別通過雙層原料混合噴管的內層管、外層管進入腔體內部。腔體的側面設置波導管，導波管外接微波發生器，腔體的左、右兩側分別套接一個環形電磁鐵，腔體的下端開設排氣口，真空泵通過排氣口與腔體內部連通。
[0006]按上述技術方案，連續激光發射器的光斑直徑為l_500mm。
[0007]按上述技術方案，加熱臺的表面溫度為25_1200°C。
[0008]按上述技術方案，微波發生器的功率為100-5000W。微波發生器的微波輸出端口與波導管連通，產生的微波經波導管傳送至腔體。
[0009]按上述技術方案，雙層原料混合噴管的下端對準加熱臺的中部。
[0010]按上述技術方案，2個環形電磁鐵對稱固定于腔體外，產生0.1-10T的磁場，作用于等離子體使其做圓周運動。
[0011]按上述技術方案，在雙層原料混合噴管的表面固定加熱器，雙層原料混合噴管的外層管的表面溫度為20-500°C。
[0012]本發明的工作原理是:通過激光與微波共同作用達到降低沉積溫度作用。激光由激光引入窗片照射到加熱臺表面，激光只是局部加熱照射區，使得化學氣相沉積腔體內壁的溫度比加熱臺溫度較低，因而降低了沉積溫度；微波經波導管傳送至等離子區域時，由于微波能與原料蒸氣和反應劑發生一定的相互作用，加劇分子之間的震動，分子間互相產生摩擦，引起原料和反應劑溫度的升高，因而降低了沉積溫度。通過引入激光、微波以及磁場三者共同作用，加快薄膜制作過程中的沉積速率。激光能大幅度降低原料分子間的反應活化能，從而使得反應更快進行，沉積速率加快。微波會增加腔體內原料與反應劑分子的能量，引起原料與反應劑分子振蕩，加劇了原料蒸氣與反應劑之間的反應，使得薄膜沉積速率變快。激光束匯聚于加熱臺表面，在極短時間內讓原料蒸氣與反應劑發生多光子吸收效應而電離，電離出的電子在磁場的作用下加速，與其他原子發生碰撞使分子進一步電離，形成等離子體；同時微波會增加腔體內等離子體的能量，引起等離子體振蕩，等離子體碰撞反應氣體，使反應氣體分解產生等離子體，磁場使得等離子體在磁場的作用下形成橢圓等離子球，顯著提高了加熱臺上方等離子體的密度，從而使得薄膜沉積速率大幅度提高。同時減少了產品及設備成本，為低成本工業化制膜提供保障。
[0013]本發明產生的有益效果是:解決常規化學氣相沉積設備制備薄膜時存在的沉積速率相對偏低及沉積溫度相對偏高的問題，進而實現低成本、高速率制備各種功能及結構薄膜。
【附圖說明】
[0014]下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:
圖1是本發明實施例激光微波磁場共同增強的化學氣相沉積設備的結構示意圖；
其中:1.連續激光發射器；2.激光引入窗片；3.反應劑；4.原料蒸氣；5.加熱臺；6.微波發生器；7.波導管；8.環形電磁鐵；9.真空泵；10.雙層原料混合噴管。
【具體實施方式】
[0015]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0016]本發明實施例中，提供一種激光微波磁場共同增強的化學氣相沉積設備，如圖1所示，包括腔體、雙層原料混合噴管、連續激光發射器、微波發生器、加熱臺，腔體的上端面開設雙層原料混合噴管接口，雙層原料混合噴管豎直穿過腔體的上端面，并與腔體密封連接，加熱臺設置在腔體內部，固定在雙層原料混合噴管的下方，腔體的上端面還設置開口處并以透明的激光引入窗片密封，連續激光發射器固定在激光引入窗片的上方，連續激光發射器的激光發射方向對準加熱臺，激光引入窗片緊密地嵌入腔體上端面的開口中，使腔體保持密封，原料蒸氣、反應劑分別通過雙層原料混合噴管的內層管、外層管進入腔體內部。腔體的側面設置波導管，導波管外接微波發生器，腔體的左、右兩側分別套接一個環形電磁鐵，腔體的下端開設排氣口，真空泵通過排氣口與腔體內部連通。
[0017]進一步地，連續激光發射器的光斑直徑為1-500 mm。
[0018]進一步地，本發明實施例中，加熱臺的表面溫度為25_1200°C。
[0019]本發明實施例中，微波發生器的功率為100-5000W。微波發生器的微波輸出端口與波導管連通，產生的微波經波導管傳送至腔體。
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