一种双开门立式制备金刚石膜的设备的制作方法
【专利摘要】一种双开门立式制备金刚石膜的设备，属于镀膜【技术领域】，特别涉及一种制备金刚石膜的设备，该设备包括电源及控制系统、真空系统、供气系统及沉积系统，其特征在于：所述沉积系统上连接有真空系统和供气系统，所述沉积系统包括左腔室、右腔室、中部腔室和热丝调力机构，所述中部腔室固定安装于真空系统之上，左腔室和右腔室分别转动安装于中部腔室两侧，热丝竖直固定安装于中部腔室内部，热丝下端连接有热丝调力机构。本实用新型采用热丝竖直安装于中部腔室上，真空室采用双开门立式布局，待镀膜试样分别安装于两个真空室内壁，热丝下端安装热丝调力机构，实现高效、稳定、均匀的制备金刚石薄膜，该设备简单，生产效率高，生产成本低。
【专利说明】一种双开门立式制备金刚石膜的设备
【技术领域】
[0001] 本发明属于镀膜【技术领域】，特别涉及一种制备金刚石膜的设备。
【背景技术】
[0002] 金刚石具有优异的力、热、声、光、电、化学等各项性能。人造金刚石薄膜的性能已 经基本接近天然金刚石，优异的性能使其在高科技领域具有广泛的应用前景。目前，金刚石 薄膜技术已在刀具、高性能电子元件，航天材料等众多场合得到应用，收到极好的效果，其 应用在高科技领域被人们倍加关注。
[0003] 目前，工业化CVD金刚石薄膜的制备方法主要有两种，一是热丝化学气相沉积法 (HFCVD)，二是微波等离子体化学气相沉积法（MPCVD)。微波法可制备高品质的金刚石薄膜 及厚度达毫米量级的金刚石晶片，但设备成本高昂，沉积面积较小，沉积速度缓慢。热丝法 操作简单，沉积速率快，成本低，容易控制沉积的衬底温度，可获得质量较高、面积尺寸较大 的金刚石薄膜。采用HFCVD法制备金刚石薄膜是将反应气体混合后通入真空反应室内，混 合气体经高温热丝裂解后，其气体中的活性碳原子就会沉积在基体表面，从而生长出金刚 石薄膜。
[0004] 目前，采用这种制备方法的设备中的大部分热丝采用水平布局，包括美国SP3公 司在内的主要企业都是如此，例如美国专利US5997650,这种结构分布的热丝要求镀膜试样 只能在热丝一侧安装，这种结构存在以下缺点：
[0005] (1)这种镀膜设备只能利用热丝的一侧实现单面镀膜，未能有效利用热丝，镀膜效 率较低；
[0006] (2)这种镀膜设备每完成一次镀膜后取出镀膜试样时，都需要破坏热丝后才能取 出镀膜试样，增加了热丝的使用成本。
[0007] 目前，国内有些公司已经采取热丝坚直分布的设备镀膜，包括中南大学的 200910043584. X的发明专利等，但是设备结构复杂，需要安装复杂的旋转机构，成本较高， 有些专利技术的设备中热丝采用坚直分布，热丝下端采用配重吊挂在热丝的下端，但是由 于热丝具有弹性，会导致下电极板晃动，而配重是自由悬挂，就会进一步导致热丝晃动，影 响试样的金刚石膜生成质量。 实用新型内容
[0008] 本实用新型的目的是克服以上现有技术的不足，提供一种双开门立式制备金刚石 膜的设备，该设备中采用热丝坚直安装于中部腔室上，真空室采用双开门立式布局，待镀膜 试样分别安装于两个真空室内壁，热丝下端安装热丝调力机构，实现高效、稳定、均匀的制 备金刚石薄膜，该设备简单，生产效率高，生产成本低。
[0009] 本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种双开门立式制备金刚石膜 的设备，包括电源及控制系统、真空系统、供气系统及沉积系统，其特征在于：所述沉积系统 上连接有真空系统和供气系统，所述沉积系统包括左腔室、右腔室、中部腔室和热丝调力机 构，所述中部腔室固定安装于真空系统之上，左腔室和右腔室分别转动安装于中部腔室两 侦!|，热丝坚直固定安装于中部腔室内部，热丝下端连接有热丝调力机构。
[0010] 所述供气系统通过气体管道连接于沉积系统的中部腔室之上 [0011] 所述中部腔室包括真空室上壁板和真空室下壁板，固定支架固定安装于真空室上 壁板之上，上电极板固定安装于固定支架上，热丝调力机构固定安装于真空室下壁板之上， 下电极板固定于热丝调力机构上端，热丝两端分别固定于上电极板和下电极板之上。
[0012] 所述热丝调力机构采用保护钟罩固定安装于真空室下壁板之上，滚轴固定安装于 保护钟罩内部，热丝调力滑板上端与下电极板连接，保护钟罩上端设有限位通孔；热丝调力 滑板下端依次穿过保护钟罩上的限位通孔和滚轴，下电极板固定安装于热丝调力机构的热 丝调力滑板之上，并可随热丝调力滑板上下自由滑动。
[0013] 所述热丝调力滑板下端依次穿过保护钟罩上的限位通孔和滚轴后，再与配重相 连。
[0014] 所述热丝调力滑板下端依次穿过保护钟罩上的限位通孔和滚轴后，再与调力弹簧 相连，调力弹簧另一端与真空室下壁板或保护钟罩底壁相连。
[0015] 所述左腔室和/或右腔室内部固定安装有试样固定机构。
[0016] 所述试样固定机构采用侧部底座固定安装于左腔室和/或右腔室内壁，固定盘固 定于侧部底座上，固定管固定于固定盘上。
[0017] 左腔室和右腔室分别通过转动轴转动安装于中部腔室两侧壁之上。
[0018] 本实用新型设备的有益效果为：
[0019] (1)设备中沉积系统采用双开门方式，分为左腔室和右腔室，利于产品取出，每次 更换试样不破坏热丝，降低热丝成本；
[0020] (2)两腔室之间为中部腔室，在中部腔室中热丝坚直排列安装，待镀膜试样分别安 装于左、右腔室之上，热丝可以对左、右腔室的元件进行镀膜，实现大面积双面镀膜，提高镀 膜效率，进一步降低成本；
[0021] (3)热丝下端的热丝调力机构可以通过自重、配重或调力弹簧有效张紧热丝，防止 热丝摆动，实现均匀镀膜的效果；
[0022] (4)现有技术和专利中，为了提高镀膜的效率，一般采用旋转镀膜设备，需要安装 复杂的旋转机构，本发明的设备结构简单，成本低，操作方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1是一种双开门立式制备金刚石膜的设备的立体结构示意图。
[0024] 图2是一种双开门立式制备金刚石膜的设备的A-A截面示意图。
[0025] 图3是一种双开门立式制备金刚石膜的设备的B-B截面示意图。
[0026] 图中：1、电源及控制系统，2、转动轴，3、中部腔室，41、左腔室，42、右腔室，5、气体 管道，6、供气系统，7、真空系统，81、真空室上壁板，82、真空室下壁板，9、上电极板，10、下电 极板，11、热丝调力滑板，12、保护钟罩，13、配重，14、热丝，15、固定支架，16、待镀膜试样， 17、侧部底座，18、固定盘，19、固定管，20、滚轴，21、试样固定机构，22、沉积系统
【具体实施方式】
[0027] 以下结合附图对本实用新型做进一步说明，但本实用新型并不局限于具体实施 例。
[0028] 实施例1
[0029] 如图1、2和3所示的一种双开门立式制备金刚石膜的设备，包括电源及控制系统、 真空系统、供气系统及沉积系统。
[0030] 电源及控制系统1实现了真空系统7、供气系统6和沉积系统22的供电、控制、记 录、监视、报警和保护等功能。
[0031] 沉积系统上连接有真空系统和供气系统，沉积系统包括左腔室41、右腔室42、中 部腔室3和热丝调力机构，还包括水冷系统，用于腔室的冷却。
[0032] 供气系统包括1路氢气（99. 99% )、1路甲烷（99. 99% )、1路氮气（15-20psi)、1 路氩气（15-20psi)及1路气动阀用氮气（70psi)等及相应质量流量计和控制仪。
[0033] 真空系统由抽气机组、气压调控系统、尾气处理系统组成。
[0034] 沉积系统中，中部腔室固定安装于真空系统之上，左腔室和右腔室分别通过转动 轴转动安装于中部腔室两侧，热丝14坚直固定安装于中部腔室内部，热丝下端连接有热丝 调力机构。
[0035] 供气系统通过气体管道连接于沉积系统的中部腔室3之上。
[0036] 真空系统也通过真空管道、气阀等连接于中部腔室3之上。
[0037] 中部腔室包括真空室上壁板81和真空室下壁板82,固定支架15固定安装于真空 室上壁板之上，上电极板9固定安装于固定支架上，热丝调力机构固定安装于真空室下壁 板之上，下电极板10固定于热丝调力机构上端，热丝两端分别固定于上电极板和下电极板 之上。
[0038] 热丝调力机构采用保护钟罩12固定安装于真空室下壁板之上，滚轴20固定安装 于保护钟罩内部，热丝调力滑板11上端与下电极板连接，保护钟罩上端设有限位通孔；热 丝调力滑板下端依次穿过保护钟罩上的限位通孔和滚轴。
[0039] 左腔室和右腔室内部固定安装有试样固定机构21。
[0040] 试样固定机构采用侧部底座17固定安装于左腔室和/或右腔室内壁，固定盘18 固定于侧部底座上，固定管19固定于固定盘上，固定管采用石英材料制成，待镀膜试样16 即金刚石刀具安装于固定管之上。
[0041] 保护钟罩上的限位通孔起到限位作用，使得热丝调力滑板只会上下移动，不会径 向窜动，从而保证了热丝不会径向摆动，保证试样在安装后与热丝之间距离不会变化，提高 了试样在生成金刚石膜时的质量。
[0042] 实施例2
[0043] 在实施例1基础上增加了以下技术内容：
[0044] 热丝调力滑板下端依次穿过保护钟罩上的限位通孔和滚轴后，再与配重相连。
[0045] 实施例3
[0046] 在实施例1基础上增加了以下技术内容：
[0047] 热丝调力滑板下端依次穿过保护钟罩上的限位通孔和滚轴后，再与调力弹簧相 连，调力弹簧另一端与真空室下壁板相连。
【权利要求】
1. 一种双开门立式制备金刚石膜的设备，包括电源及控制系统（1)、真空系统（7)、供 气系统（6)及沉积系统（22)，其特征在于：所述沉积系统（22)上连接有真空系统（7)和供 气系统（6)，所述沉积系统包括左腔室（41)、右腔室（42)、中部腔室（3)和热丝调力机构，所 述中部腔室（3)固定安装于真空系统之上，左腔室（41)和右腔室（42)分别转动安装于中 部腔室（3)两侧，热丝（14)坚直固定安装于中部腔室（3)内部，热丝（14)下端连接有热丝 调力机构。
2. 根据权利要求1所述的一种双开门立式制备金刚石膜的设备，其特征在于：所述供 气系统（6)通过气体管道（5)连接于沉积系统（22)的中部腔室（3)之上。
3. 根据权利要求1所述的一种双开门立式制备金刚石膜的设备，其特征在于：所述中 部腔室（3)包括真空室上壁板（81)和真空室下壁板（82)，固定支架（15)固定安装于真空 室上壁板（81)之上，上电极板（9)固定安装于固定支架（15)上，热丝调力机构固定安装于 真空室下壁板（82)之上，下电极板（10)固定于热丝调力机构上端，热丝（14)两端分别固 定于上电极板（9)和下电极板（10)之上。
4. 根据权利要求3所述的一种双开门立式制备金刚石膜的设备，其特征在于：所述热 丝调力机构采用保护钟罩（12)固定安装于真空室下壁板（82)之上，滚轴（20)固定安装 于保护钟罩（12)内部，保护钟罩上端设有限位通孔；热丝调力滑板（11)上端与下电极板 (10)连接，热丝调力滑板（11)下端依次穿过保护钟罩（12)上的限位通孔和滚轴（20)。
5. 根据权利要求4所述的一种双开门立式制备金刚石膜的设备，其特征在于：所述热 丝调力滑板（11)下端依次穿过保护钟罩（12)上的限位通孔和滚轴（20)后，再与配重 (13)相连。
6. 根据权利要求4所述的一种双开门立式制备金刚石膜的设备，其特征在于：所述热 丝调力滑板（11)下端依次穿过保护钟罩（12)上的限位通孔和滚轴（20)后，再与调力弹簧 相连，调力弹簧另一端与真空室下壁板（82)或保护钟罩（12)底壁相连。
7. 根据权利要求1所述的一种双开门立式制备金刚石膜的设备，其特征在于：所述左 腔室（41)和/或右腔室（42)内部固定安装有试样固定机构（21)。
8. 根据权利要求7所述的一种双开门立式制备金刚石膜的设备，其特征在于：所述试 样固定机构（21)采用侧部底座（17)固定安装于左腔室（41)和/或右腔室（42)内壁，固 定盘（18)固定于侧部底座（17)上，固定管（19)固定于固定盘（18)上。
9. 根据权利要求1所述的一种双开门立式制备金刚石膜的设备，其特征在于：左腔室 (41)和右腔室（42)分别通过转动轴（2)转动安装于中部腔室（3)两侧壁之上。
【文档编号】C23C16/27GK203999807SQ201420289562
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】吴爱民, 林国强, 李强, 邹瑞洵, 其他发明人请求不公开姓名 申请人:大连理工常州研究院有限公司