其能够对谐振腔4的腔壁形成一定的保护作用，从而在对设备进行维修时只需更换等离子体约束单元而无需更换谐振腔4，维修更加方便。
[0047]在一实施方式中，微波模式转换器可以包括适配器31、第二波导管32和模式转换天线33，适配器31分别与第一波导管2和第二波导管32连接，第二波导管32与谐振腔4连接并且相对第一波导管2垂直设置，模式转换天线33设置在第二波导管32内，并且其一端伸入适配器31中，另一端伸入谐振腔4中。
[0048]适配器31为接口转换器，其用于连接第一波导管2和第二波导管32;模式转换天线33可以将第一波导管2中的TEltl模式的微波转换为TMtll模式JMtll模式的微波可以经第二波导管32传送进入谐振腔4，第二波导管32可以为同轴波导。
[0049]进一步地，谐振装置还可以包括位于介质窗口 41上部的耦合转换腔6，耦合转换腔6与第二波导管32连通，模式转换天线33伸入耦合转换腔6内，耦合转换腔6能够将来自微波源I的微波经介质窗口 41传送至谐振腔4。具体地，耦合转换腔6可以为金属腔体，在设置耦合转换腔6时，模式转换天线33可以将第一波导管2中的TEltl模式的微波转换为TEM模式，并经第二波导管32传送至耦合转换腔6后，模式转换天线33再将TEM模式的微波转换为TMtll模式，从而进入谐振腔4。此设置方式能够避免将TEltl模式的微波直接转换为电场不对应的TMtll模式的微波，从而使所形成的TMtll模式微波的能量最大化，进一步提高微波能量的使用效率。并且，TMtll模式的微波能够使基片42上方区域形成最高强度的电磁场，并有利于激发椭球状的等离子体8，从而避免了谐振腔4的侧壁对沉积的金刚石薄膜产生污染。
[0050]上述任一实施方式的微波等离子体化学气相沉积设备，还可以在第一波导管2和适配器31之间设置柔性波导管7，从而更加有利于第一波导管2与适配器31之间的匹配与连接。
[0051]进一步地，还可以设置与第一波导管2连接的调配器21，其可以调节第一波导管2中所传输的微波的波形，从而使其与微波模式转换器相匹配，从而使输入的微波能量最大化，例如其可以为本领域常规的三螺钉阻抗调配器等。
[0052]上述微波等离子体化学气相沉积设备的工作原理和过程为:首先对谐振腔4进行抽真空，并向谐振腔4内通入甲烷和氢气组成的混合气体，然后通过微波源I产生微波，微波源I所产生的微波在第一波导管中以TEltl模式进行传播，经模式转换天线33转换后，在第二波导管32中以TEM模式进行传播，在进入耦合转换腔6后，经模式转换天线33再次转换为TMtll模式，经介质窗口 41进入谐振腔4，在谐振腔4中，反射的微波经微波聚集单元44聚集在基片42上，并在基片42上形成更大的分布面积，高强度的微波激发分解基片42上方的甲烷形成活性含碳基团和原子态氢，并形成扁椭球状等离子体8，从而在基片42上沉积得到大面积的金刚石薄膜。
[0053]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1.一种微波等离子体化学气相沉积设备，其特征在于，包括微波源，第一波导管，微波模式转换器和谐振装置， 所述第一波导管的一端与所述微波源连接，另一端与所述微波模式转换器连接； 所述谐振装置包括一谐振腔和微波聚集单元，所述谐振腔的顶部设有介质窗口，所述微波模式转换器位于所述介质窗口的上部并且能够将来自所述微波源的微波进行模式转换并经所述介质窗口传送至所述谐振腔，在所述谐振腔的内部设有基座，在所述基座上承载有基片，且所述基座的设置能够使其上承载的所述基片位于所述介质窗口的下方，所述微波聚集单元设于所述谐振腔上并能够将传送至所述谐振腔的微波聚集于所述基片上。
2.根据权利要求1所述的微波等离子体化学气相沉积设备，其特征在于，所述微波聚集单元为设于所述谐振腔侧壁上的倾斜部，所述倾斜部由金属材料制成，并且所述倾斜部的垂直线相交于所述基片上。
3.根据权利要求1所述的微波等离子体化学气相沉积设备，其特征在于，在所述谐振腔内，环绕所述基座设有凸台，且所述凸台与所述基座之间相对设有能够上下移动的金属部件。
4.根据权利要求1所述的微波等离子体化学气相沉积设备，其特征在于，所述谐振腔由金属材料制成。
5.根据权利要求4所述的微波等离子体化学气相沉积设备，其特征在于，在所述谐振腔的内部还设有等离子体约束单元，其由透光材料制成，并且设置在所述基片的外部。
6.根据权利要求5所述的微波等离子体化学气相沉积设备，其特征在于，所述透光材料为石英或蓝宝石。
7.根据权利要求1至6任一所述的微波等离子体化学气相沉积设备，其特征在于，所述微波模式转换器包括适配器、第二波导管和模式转换天线， 所述适配器分别与所述第一波导管和第二波导管连接； 所述第二波导管与所述谐振腔连接并且相对所述第一波导管垂直设置； 所述模式转换天线设置在所述第二波导管内，并且其一端伸入所述适配器中，另一端伸入所述谐振装置中。
8.根据权利要求7所述的微波等离子体化学气相沉积设备，其特征在于，所述谐振装置还包括位于所述介质窗口上部的耦合转换腔，所述耦合转换腔与所述第二波导管连通，所述模式转换天线伸入所述耦合转换腔内，所述耦合转换腔能够将来自所述微波源的微波经所述介质窗口传送至所述谐振腔。
9.根据权利要求7所述的微波等离子体化学气相沉积设备，其特征在于，在所述第一波导管和所述适配器之间设置有柔性波导管。
10.根据权利要求1至6任一所述的微波等离子体化学气相沉积设备，其特征在于，还包括调配器，其与所述第一波导管连接。
【专利摘要】本发明提供一种微波等离子体化学气相沉积设备，包括微波源，第一波导管，微波模式转换器和谐振装置，第一波导管的一端与微波源连接，另一端与微波模式转换器连接；谐振装置包括一谐振腔和微波聚集单元，谐振腔的顶部设有介质窗口，微波模式转换器位于介质窗口的上部并且能够将来自微波源的微波进行模式转换并经介质窗口传送至谐振腔，在谐振腔的内部设有基座，在基座上承载有基片，且基座的设置能够使其上承载的基片位于介质窗口的下方，微波聚集单元设于谐振腔上并能够将传送至谐振腔的微波聚集于基片上。本发明通过设置微波聚集单元，扩大了微波电场在基片上的分布面积，使微波能量更加集中在基片上方区域，有利于大面积的金刚石薄膜的沉积。
【IPC分类】C23C16-511, C23C16-517, C23C16-513
【公开号】CN104726850
【申请号】CN201410214496
【发明人】朱雨, 王海侠
【申请人】朱雨
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2014年5月20日