本發(fā)明屬于微波等離子體化學(xué)氣相沉積，尤其是涉及一種球形基底金剛石薄膜懸浮生長裝置。

背景技術(shù)：

1、金剛石薄膜因其優(yōu)異的機(jī)械性能、導(dǎo)熱性、化學(xué)穩(wěn)定性及光學(xué)特性，已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工、電子器件、光學(xué)材料等領(lǐng)域。化學(xué)氣相沉積（cvd）技術(shù)，尤其是微波等離子體化學(xué)氣相沉積（mpcvd），是制備高質(zhì)量金剛石薄膜的重要方法。傳統(tǒng)mpcvd裝置主要針對平面基底設(shè)計(jì)，在沉積均勻性、晶粒取向控制等方面已取得顯著進(jìn)展。然而，對于球形或曲面基底的金剛石薄膜生長，現(xiàn)有裝置與工藝存在技術(shù)瓶頸。

2、在球形基底上沉積金剛石薄膜具有獨(dú)特優(yōu)勢，例如用于光學(xué)領(lǐng)域的球形透鏡、高強(qiáng)度球面器件等。然而，由于球形基底的幾何特性，等離子體分布的非均勻性和基底旋轉(zhuǎn)控制的復(fù)雜性，使得球形基底表面的溫度分布和化學(xué)反應(yīng)條件難以精確控制，導(dǎo)致薄膜厚度和質(zhì)量分布不均勻。此外，球形基底在沉積過程中通常需要高精度的支撐與運(yùn)動(dòng)控制，但傳統(tǒng)固定支撐方式易引入機(jī)械干擾或影響沉積區(qū)域，限制了球形金剛石薄膜的高質(zhì)量制備。

3、目前已有研究嘗試通過基底旋轉(zhuǎn)或改變等離子體形狀來改善球形基底上的沉積均勻性，但這些方法往往需要復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性和精度難以保證。同時(shí)，機(jī)械接觸支撐方式在高溫環(huán)境下容易引入雜質(zhì)污染或引起基底表面損傷，進(jìn)一步影響薄膜質(zhì)量。因此，開發(fā)一種非接觸、可控且高精度的球形基底支撐與旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，成為解決mpcvd球形基底金剛石薄膜生長技術(shù)難題的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于上述背景，本申請?zhí)岢鲆环N球形基底金剛石薄膜懸浮生長裝置，旨在通過氣體和/或電磁懸浮與自旋控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)球形基底的非接觸支撐與高精度旋轉(zhuǎn)，解決球形基底沉積過程中均勻性與高質(zhì)量薄膜制備的技術(shù)瓶頸。

2、其技術(shù)方案包括：一種球形基底金剛石薄膜懸浮生長裝置，包括用于提供反應(yīng)環(huán)境的腔體和用于承載球形基底的沉積基座；所述腔體開設(shè)有有進(jìn)氣口與出氣口，所述進(jìn)氣口供反應(yīng)氣體進(jìn)入，所述出氣口供所述腔體內(nèi)廢氣排出，所述進(jìn)氣口與所述出氣口連通；所述沉積基座設(shè)置在所述腔體內(nèi)且與所述氣流通道適配，所述沉積基座上設(shè)有氣流懸浮組件和/或電磁懸浮組件，所述氣流懸浮組件和/或所述電磁懸浮組件將所述球形基底懸浮在所述沉積基座上方并將所述球形基底置入反應(yīng)環(huán)境內(nèi)。

3、優(yōu)選的，所述沉積基座上設(shè)有氣流懸浮組件，所述氣流懸浮組件設(shè)有多個(gè)氣流噴口，所述多個(gè)氣流噴口向所述沉積基座與所述球形基底之間噴出氣體形成氣流支撐層，將所述球形基底懸浮在所述沉積基座上方并將所述球形基底置入反應(yīng)環(huán)境內(nèi)。

4、優(yōu)選的，所述沉積基座上設(shè)有電磁懸浮組件，所述電磁懸浮組件設(shè)有電磁線圈，所述電磁線圈在所述沉積基座與所述球形基底之間形成磁場并通過磁場將所述球形基底懸浮在所述沉積基座上方并將所述球形基底置入反應(yīng)環(huán)境內(nèi)。

5、優(yōu)選的，所述沉積基座上設(shè)有氣流懸浮組件和電磁懸浮組件，所述氣流懸浮組件設(shè)有多個(gè)氣流噴口，所述多個(gè)氣流噴口向所述沉積基座與所述球形基底之間噴出氣體形成氣流支撐層；所述電磁懸浮組件設(shè)有電磁線圈，所述電磁線圈在所述沉積基座與所述球形基底之間形成磁場；所述氣流支撐層與所述磁場配合將所述球形基底懸浮在所述沉積基座上方并將所述球形基底置入反應(yīng)環(huán)境內(nèi)。

6、優(yōu)選的，所述腔體橫向截面呈圓形，所述進(jìn)氣口設(shè)置在腔體頂部，所述出氣口有多個(gè)并以所述腔體底面圓心為中心等距分布。

7、優(yōu)選的，所述腔體包括上部的第一腔室和下部的第二腔室，所述進(jìn)氣口設(shè)置在所述第一腔室頂部中心，所述沉積基座設(shè)置在所述第二腔室內(nèi)，所述第一腔室與第二腔室連通呈一體空間，且所述第一腔室直徑小于所述第二腔室直徑，所述出氣口有多個(gè)并以所述第二腔室底面圓心為中心等距分布。

8、優(yōu)選的，其特征在于，所述沉積基座下方設(shè)有基臺(tái)和與所述基臺(tái)連接的供氣管道，所述腔體下部設(shè)有導(dǎo)管，所述供氣管道穿設(shè)到所述導(dǎo)管內(nèi)，所述供氣管道外壁與所述導(dǎo)管內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成波導(dǎo)通道，所述波導(dǎo)通道用于將微波源發(fā)出的微波能量傳輸?shù)剿銮惑w內(nèi)。

9、優(yōu)選的，所述沉積基座上還設(shè)有溫度傳感器，所述溫度傳感器用于探測所述球形基底的溫度。

10、優(yōu)選的，所述氣流懸浮組件還包括設(shè)置在所述供氣管道內(nèi)的進(jìn)氣通道和設(shè)置在所述基臺(tái)內(nèi)的氣流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述進(jìn)氣通道通過所述氣流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與所述多個(gè)氣流噴口連通，所述氣流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制所述多個(gè)氣流噴口噴出氣流將所述球形基底懸浮，且控制最外側(cè)1-3層氣流噴口噴射流速差以為所述球形基底懸浮自旋提供動(dòng)力。

11、優(yōu)選的，所述沉積基座包括內(nèi)基座，所述內(nèi)基座呈內(nèi)凹球面狀，其球心位置與球形基底相適配；所述內(nèi)基座至少設(shè)有30個(gè)氣流噴口，所述氣流噴口以所述內(nèi)基座中心為圓心規(guī)律分布，所述氣流噴口的直徑為3～5?mm，噴口間距為2～3?mm。

12、優(yōu)選的，所述氣流噴口朝向球形基底球心方向傾斜，傾斜角度為0°-30°。

13、優(yōu)選的，所述沉積基座下方設(shè)有溫度控制組件，所述溫度控制組件套設(shè)在所述基臺(tái)外側(cè)并與溫度傳感器連接，所述溫度控制組件用于調(diào)節(jié)所述氣流噴口噴出氣流的溫度進(jìn)而調(diào)節(jié)所述反應(yīng)環(huán)境溫度。

14、優(yōu)選的，所述基臺(tái)與所述腔體底面設(shè)有石英波導(dǎo)窗，所述石英波導(dǎo)窗將所述波導(dǎo)通道與所述腔體內(nèi)空間隔絕以避免腔體氣流或雜質(zhì)進(jìn)入波導(dǎo)通道。

15、本申請通過氣流懸浮組件和/或電磁懸浮組件將球形基底懸浮在沉積基座上方并將球形基底置入反應(yīng)環(huán)境內(nèi)，通過控制氣流和/或磁場變化帶動(dòng)球形基底自旋，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)球形基底的非接觸支撐與高精度旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)球形基底沉積過程中均勻性與高質(zhì)量薄膜制備。

技術(shù)特征：

1.一種球形基底金剛石薄膜懸浮生長裝置，其特征在于，包括用于提供反應(yīng)環(huán)境的腔體和用于承載球形基底的沉積基座；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形基底金剛石薄膜懸浮生長裝置，其特征在于，所述沉積基座上設(shè)有氣流懸浮組件，所述氣流懸浮組件設(shè)有多個(gè)氣流噴口，所述多個(gè)氣流噴口向所述沉積基座與所述球形基底之間噴出氣體形成氣流支撐層，將所述球形基底懸浮在所述沉積基座上方并將所述球形基底置入反應(yīng)環(huán)境內(nèi)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形基底金剛石薄膜懸浮生長裝置，其特征在于，所述沉積基座上設(shè)有電磁懸浮組件，所述電磁懸浮組件設(shè)有電磁線圈，所述電磁線圈在所述沉積基座與所述球形基底之間形成磁場并通過磁場將所述球形基底懸浮在所述沉積基座上方并將所述球形基底置入反應(yīng)環(huán)境內(nèi)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形基底金剛石薄膜懸浮生長裝置，其特征在于，所述沉積基座上設(shè)有氣流懸浮組件和電磁懸浮組件，所述氣流懸浮組件設(shè)有多個(gè)氣流噴口，所述多個(gè)氣流噴口向所述沉積基座與所述球形基底之間噴出氣體形成氣流支撐層；所述電磁懸浮組件設(shè)有電磁線圈，所述電磁線圈在所述沉積基座與所述球形基底之間形成磁場；所述氣流支撐層與所述磁場配合將所述球形基底懸浮在所述沉積基座上方并將所述球形基底置入反應(yīng)環(huán)境內(nèi)。

5.根據(jù)權(quán)利要求2-4任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的球形基底金剛石薄膜懸浮生長裝置，其特征在于，所述腔體橫向截面呈圓形，所述進(jìn)氣口設(shè)置在腔體頂部，所述出氣口有多個(gè)并以所述腔體底面圓心為中心等距分布。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的球形基底金剛石薄膜懸浮生長裝置，其特征在于，所述腔體包括上部的第一腔室和下部的第二腔室，所述進(jìn)氣口設(shè)置在所述第一腔室頂部中心，所述沉積基座設(shè)置在所述第二腔室內(nèi)，所述第一腔室與第二腔室連通呈一體空間，且所述第一腔室直徑小于所述第二腔室直徑，所述出氣口有多個(gè)并以所述第二腔室底面圓心為中心等距分布。

7.根據(jù)權(quán)利要求2-4任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的球形基底金剛石薄膜懸浮生長裝置，其特征在于，所述沉積基座下方設(shè)有基臺(tái)和與所述基臺(tái)連接的供氣管道，所述腔體下部設(shè)有導(dǎo)管，所述供氣管道穿設(shè)到所述導(dǎo)管內(nèi)，所述供氣管道外壁與所述導(dǎo)管內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成波導(dǎo)通道，所述波導(dǎo)通道用于將微波源發(fā)出的微波能量傳輸?shù)剿銮惑w內(nèi)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的球形基底金剛石薄膜懸浮生長裝置，其特征在于，所述沉積基座上還設(shè)有溫度傳感器，所述溫度傳感器用于探測所述球形基底的溫度。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的球形基底金剛石薄膜懸浮生長裝置，其特征在于，所述氣流懸浮組件還包括設(shè)置在所述供氣管道內(nèi)的進(jìn)氣通道和設(shè)置在所述基臺(tái)內(nèi)的氣流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述進(jìn)氣通道通過所述氣流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與所述多個(gè)氣流噴口連通，所述氣流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制所述多個(gè)氣流噴口噴出氣流將所述球形基底懸浮，且控制最外側(cè)1-3層氣流噴口噴射流速差以為所述球形基底懸浮自旋提供動(dòng)力。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的球形基底金剛石薄膜懸浮生長裝置，其特征在于，所述沉積基座包括內(nèi)基座，所述內(nèi)基座呈內(nèi)凹球面狀，其球心位置與球形基底相適配；所述內(nèi)基座至少設(shè)有30個(gè)氣流噴口，所述氣流噴口以所述內(nèi)基座中心為圓心規(guī)律分布，所述氣流噴口的直徑為3～5?mm，噴口間距為2～3?mm。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的球形基底金剛石薄膜懸浮生長裝置，其特征在于，所述氣流噴口朝向球形基底球心方向傾斜，傾斜角度為0°-30°。

12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的球形基底金剛石薄膜懸浮生長裝置，其特征在于，所述沉積基座下方設(shè)有溫度控制組件，所述溫度控制組件套設(shè)在所述基臺(tái)外側(cè)并與溫度傳感器連接，所述溫度控制組件用于調(diào)節(jié)所述氣流噴口噴出氣流的溫度進(jìn)而調(diào)節(jié)所述反應(yīng)環(huán)境溫度。

13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的球形基底金剛石薄膜懸浮生長裝置，其特征在于，所述基臺(tái)與所述腔體底面設(shè)有石英波導(dǎo)窗，所述石英波導(dǎo)窗將所述波導(dǎo)通道與所述腔體內(nèi)空間隔絕以避免腔體氣流或雜質(zhì)進(jìn)入波導(dǎo)通道。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種球形基底金剛石薄膜懸浮生長裝置，包括用于提供反應(yīng)環(huán)境的腔體和用于承載球形基底的沉積基座；所述腔體開設(shè)有有進(jìn)氣口與出氣口，所述進(jìn)氣口供反應(yīng)氣體進(jìn)入，所述出氣口供所述腔體內(nèi)廢氣排出，所述進(jìn)氣口與所述出氣口連通；所述沉積基座設(shè)置在所述腔體內(nèi)且與所述氣流通道適配，所述沉積基座上設(shè)有氣流懸浮組件和/或電磁懸浮組件，所述氣流懸浮組件和/或所述電磁懸浮組件將所述球形基底懸浮在所述沉積基座上方并將所述球形基底置入反應(yīng)環(huán)境內(nèi)。

技術(shù)研發(fā)人員：張適,趙博,李麗丹
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武創(chuàng)芯研科技（武漢）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24