一种微波等离子腔体双密封炉门结构的制作方法

1.本实用新型属于金刚石加工技术领域，具体涉及一种微波等离子腔体双密封炉门结构。


背景技术：

2.mpcvd法是制备高品质金刚石的首选方法，mpcvd法与产生等离子体的其他方法相比，微波激发的等离子体具有无电极物质污染、可控性好、等离子体密度高等一系列优点。金刚石mpcvd装置经历了从早期的石英管式、石英钟罩式，到后期的圆柱谐振腔式、椭球谐振腔式等多个发展阶段。金刚石mpcvd装置的核心部件是用于产生微波等离子体的谐振腔结构以及谐振腔的真空密封结构，优异的真空性能直接决定金刚石的生产品质。因此，微波谐振腔的设计和改进对金刚石膜沉积技术的发展有着重要的意义。
3.多模非圆柱谐振腔(碟形腔)mpcvd装置的发明，避免了石英窗口易被氢等离子体刻蚀所造成的硅污染等问题。它的主要特点是从腔体的下方输入微波，其通过一环形天线来完成，而环状的石英窗则被安置在了环形天线的下方，石英窗被藏在沉积台的下方，使石英环远离等离子体。这一设计结构使mpcvd金刚石膜沉积装置的功率达到了10kw以上的高水平。但是，由于碟形腔尺寸较大，整体采用掀盖式设计，造成密封尺寸过大，密封性能欠佳的问题。
4.因此，本实用新型提供了一种微波等离子腔体双密封炉门结构，以便增强腔体的密封性能，用于减少金刚石的污染，成为所属技术领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是：提供一种微波等离子腔体双密封炉门结构，解决现有多模非圆柱谐振腔(碟形腔)mpcvd装置密封尺寸过大、密封性能欠佳的技术问题。
6.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
7.一种微波等离子腔体双密封炉门结构包括由上至下相互连通的生长腔室和连通腔室、设于生长腔室内的水冷基台，设于水冷基台上用于放置金刚石晶体的螺纹钼台，以及设于连通腔室内并与水冷基台相连用于微波传递的波导管；生长腔室外设有水冷腔壁，生长腔室底部设有炉门，生长腔室与炉门连接处设有双槽密封结构，炉门上开设有用于抽真空的排气口，双槽密封结构和排气口连接有真空泵。
8.进一步地，双槽密封结构包括由内至外依次套装于炉门内壁并与水冷腔壁密封贴合的内密封圈和外密封圈。
9.进一步地，炉门上分别开设有用于内密封圈嵌装的第一槽体，以及用于外密封圈嵌装的第二槽体，第一槽体和第二槽体之间设有与外界相连通的低压缝隙区。
10.进一步地，低压缝隙区通过第一管道与真空泵相连。
11.进一步地，排气口通过第二管道与真空泵相连，第二管道上设有主抽气阀。
12.进一步地，从排气口接出设有接入第二管道的第三管道，第三管道上设有调压阀。
13.进一步地，炉门内侧面设有与水冷基台相连的石英环。
14.进一步地，水冷腔壁上开设有若干个观察口。
15.进一步地，观察口采用耐热玻璃制成。
16.进一步地，螺纹钼台顶部设有等离子体。
17.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
18.本实用新型结构简单、设计科学合理，使用方便，解决了现有多模非圆柱谐振腔(碟形腔)mpcvd装置密封尺寸过大、密封性能欠佳的技术问题，通过双槽密封结构，增强了腔体的密封性能，减少了金刚石的污染。
19.本实用新型包括由上至下相互连通的生长腔室和连通腔室、设于生长腔室内的水冷基台，设于水冷基台上的螺纹钼台，以及设于连通腔室内的波导管，金刚石晶体放置于螺纹钼台上，并持续在生长腔室内进行生长。生长腔室外设有水冷腔壁，水冷腔壁和水冷基台二者共同实现水冷降温；生长腔室底部设有炉门，便于金刚石晶体的取放，同时下置炉门便于水冷基台的拆卸与维修。
20.本实用新型生长腔室与炉门连接处设有双槽密封结构，增强了生长腔室的密封性，降低了金刚石晶体生长环境的污染。双槽密封结构较传统的单槽密封的而言，采用了内密封圈和外密封圈的双重密封，同时在内密封圈和外密封圈之间设有低压缝隙区，低压缝隙区与真空泵直接相接，形成一个低气压区。生长腔室的工作压力在16-30kpa，高于低压缝隙区，工艺气体从内密封圈微量泄漏至低压缝隙区，空气也从外侧微量泄漏至低压缝隙区，漏进低压缝隙区的气体直接被真空泵抽走，避免漏进生长腔室内，从而避免了金刚石的污染。
附图说明
21.图1为本实用新型结构示意图。
22.图2为本实用新型双槽密封结构放大图。
23.图3为本实用新型石英环俯视图。
24.其中，附图标记对应的名称为：
25.1-生长腔室，2-连通腔室，3-水冷基台，4-金刚石晶体，5-螺纹钼台，6-波导管，7-水冷腔壁，8-炉门，9-排气口，10-真空泵，11-内密封圈，12-外密封圈，13-第一槽体，14-第二槽体，15-低压缝隙区，16-第一管道，17-第二管道，18-主抽气阀，19-第三管道，20-调压阀，21-石英环，22-观察口，23-等离子体。
具体实施方式
26.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定
的方位或者以特定的方位构造和操作，因此其不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；当然的，还可以是机械连接，也可以是电连接；另外的，还可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.如图1-3所示，本实用新型提供的一种微波等离子腔体双密封炉门结构，结构简单、设计科学合理，使用方便，解决了现有多模非圆柱谐振腔碟形腔mpcvd装置密封尺寸过大、密封性能欠佳的技术问题，通过双槽密封结构，增强了腔体的密封性能，减少了金刚石的污染。
30.本实用新型包括由上至下相互连通的生长腔室1和连通腔室2、设于生长腔室1内的水冷基台3，设于水冷基台3上用于放置金刚石晶体4的螺纹钼台5，以及设于连通腔室2内并与水冷基台3相连用于微波传递的波导管6；金刚石晶体4放置于螺纹钼台5上，螺纹钼台5顶部还设有等离子体23，金刚石晶体4在生长腔室1内进行持续生长。生长腔室1外设有水冷腔壁7，水冷腔壁7和水冷基台3二者共同实现水冷降温，进而调节金刚石晶体4生长所需要温度。
31.本实用新型生长腔室1底部设有炉门8，所述炉门8为下置结构，炉门8内侧面的石英环21，石英环21与水冷基台3相连，用于承放水冷基台3。所述下置式炉门8便于金刚石晶体4连同水冷基台3一同取出，增强了适用范围和便捷性。
32.本实用新型水冷腔壁7上开设有若干个观察口22，便于外界对生长腔室1内金刚石晶体4生长状况的实时了解，观察口22数量和大小根据实际所需设置。观察口22采用耐热玻璃制成，用于承受金刚石晶体4生长的高温条件。
33.本实用新型生长腔室1与炉门8连接处设有双槽密封结构，双槽密封结构包括由内至外依次套装于炉门8内壁并与水冷腔壁7密封贴合的内密封圈11和外密封圈12；炉门8上分别开设有用于内密封圈11嵌装的第一槽体13，以及用于外密封圈12嵌装的第二槽体14，第一槽体13和第二槽体14之间设有与外界相连通的低压缝隙区15，于：低压缝隙区15通过第一管道16与真空泵10相连。
34.传统的炉门密封结构均采用单槽密封，单槽密封只有一个密封圈，密封圈的外侧直接与空气接触，密封圈的内侧为工作气压，约16-30kpa，由于两侧压力差的原因，会泄漏一部分空气到生长腔室1内，污染生长的金刚石。
35.本实用新型炉门密封结构采用双槽密封，双槽密封包括内密封圈11和外密封圈12，内密封圈11和外密封圈12之间设有一个低压缝隙区15，低压缝隙区15与真空泵10直接相接，形成一个低气压区。生长腔室1的工作压力在16-30kpa，高于低压狭缝区15，工艺气体从内密封圈11微量泄漏至低压缝隙区15，空气也从外侧微量泄漏至低压缝隙区15，漏进低压缝隙区15的气体直接被真空泵10抽走，避免漏进生长腔室1内，从而避免了金刚石的污染。
36.本实用新型生长腔室1底部开设有用于排气的排气口9，为生长腔室1提高真空条件。排气口9通过第二管道17与真空泵10相连，第二管道17上设有主抽气阀18，主抽气阀18
用于生长腔室1内排气的开闭。从排气口9接出设有接入第二管道17的第三管道19，第三管道19上设有调压阀20，调压阀20用于自动调节压力，保证装置的气压稳定。
37.本实用新型所用真空泵10、主抽气阀18和调压阀20均为现有已知设备，并且均可在市场上直接购买使用，其结构以及控制原理均为现有已知技术，因此，关于真空泵10、主抽气阀18和调压阀20的结构以及控制原理在此不赘述。
38.最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本实用新型的较优实施例用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本实用新型的专利范围；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本实用新型的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本实用新型一致的，均应当包含在本实用新型的保护范围之内；另外，将本实用新型的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。