专利名称：一种用于真空制膜设备的活化气体装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及真空制膜设备，特别是涉及制膜设备中的装置。
众所周知，半导体集成电路、磁带、光盘等都与薄膜制备直接相关，尤其是近年来随着高温超导薄膜、超硬碳氮薄膜以及新型的铁电、光学等薄膜的成功制备，制备薄膜已成为研制和探索新型材料的重要手段。因此薄膜科学是近年来迅速发展的学科领域之一。尽管有多种不同的制膜方法与设备，如何获得新的和高性能高质量的薄膜是大家共同关心的问题，使用活化气体是制备多种薄膜材料所采取的有效措施之一。因为如高温超导薄膜等氧化物薄膜，氧是其化学组份之一，需要在一定的氧气压下制备。超硬碳氮(C3N4)薄膜，氮是其化学组份之一，为了得到合适的化学比，不得不在一定的氮气压下制备。但如果工作气压较高，不仅有的制膜设备无法运转，而且气压较高时，一般均难以得到优质薄膜，为了解决这一问题，人们就使用活化气体以降低制膜过程的工作气压。为了得到活化气体，有的采取微波激励，如文献(1)C.Niu et al.，Science Vol.261，334(1993).有的采用臭氧发生器，如文献(2)T.Terashimaetal.，Phys.Rev.Lett.Vol.65，2684(1990).有的采用离子束源，如文献(3)X.D.Wuet al.，Appl.Phys.Lett.Vol.65，1961(1994).这些活化气体方法不仅装置与设备复杂成本高，而且由于管道传输中的分解与复合等原因，一般到达真空室里的活化气体仅为5％～13％，其效果也还不够理想。
本实用新型的目的在于克服上述已有技术和方法的缺点和不足，提供一种结构简单、活化气体效率高，直接用于真空室制膜的活化气体装置。
本实用新型的任务是这样完成的本实用新型利用气体辉光放电和尖端放电的特性，制成双放电活化气体装置。它是由放电管、2个电极、限流电阻、电源和法兰组成。放电管同时是制膜真空室工作气体导入管，放电管做成前端有1-10个锥形喷嘴，用法兰把它带有喷嘴端密封固定在真空室内，放电管的近气口部分留在真空室外。电源的高压输出端用陶瓷或聚四氟乙烯等绝缘电极引入真空室后与电极联接，电源的地端与电极相联，限流电阻与电极和高压电源相联。放电管可用石英、玻璃、氧化铝或陶瓷等绝缘材料。放电管与法兰之间的密封联接，可按制膜真空室是低真空、高真空或超高真空的不同要求，采用橡皮、氟橡胶或可伐烧封等不同做法。法兰与真空室之间采用橡皮、氟橡胶或金属“0”环密封联接。电源可以是交流、直流或射频电源。为了增大放电电流密度，提高离化效率，可以在放电管的外壁再烧封一个夹层水冷套，通水冷却放电管。实验结果也表明若把放电管前端喷嘴做成几十微米的通经，在满足放电管内气体辉光放电气压的条件下，在放电管的里外可产生六、七个数量级的气压差。因此，本实用新型所提供的活化气体装置能用于很大工作气压范围的真空制膜条件，可用于不同制膜方法，不同真空度要求的各种制膜系统。
图1是本实用新型结构示意图。
图2是本实用新型放电管的多喷嘴示意图。
图面说明如下1-放电管；2—电极； 3—电极；4—限流电阻；5—电源； 6—法兰； 7—气口根据真空制膜的工作气压决定放电管(1)前端喷嘴的大小，通过控制通气流量来控制放电管(1)里的气压。使放电管(1)里的气压维持在容易产生辉光放电的几十乇到几乇。此时当高压电源(5)的输出电压值上升到一定电压时，在电极(2)和电极(3)之间就会产生均匀的辉光放电，同时一般真空室外壁都是金属材料并且接地。电极(3)接高电位，电极(3)就会对真空室壁产生尖端放电。若流经放电管(1)的工作气体是氧或氮气，通过电极(2)和电极(3)之间的辉光放电与电极(3)对真空室的尖端放电，氧或氮的分子有一部分就会被离化而生成化学性质很活泼的原子氧或原子氮，这些经双放电电离后产生的原子氧或原子氮，没有任何衰减的从放电管(1)前段的喷嘴直接喷入制膜真空室内。若把喷嘴方向朝向基片的方向，活化气体就直接到达基片。实验结果表明，若工作气体是氧气或氮气，真空室内原子氧或原子氮可占到20％以上，活化气体的成份远远高于其它方法。
本实用新型所提供的活化气体装置优点在于不仅可用于工作气压从几百乇到几十乇的激光制膜、化学淀积、化学蒸发等真空制膜，也可以用于工作气压仅为10-5～10-7乇的可制备原子尺度控制的分子束外延(MBE)和激光分子束外延(LMBE)等高精密真空制膜系统。同时，本实用新型所提供的活化气体装置可以工作在多种不同的工作气体或混合气体条件下，是一种结构简单、使用方便、离化效率高的活化气体装置。
以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细地说明实施例1按照附
图1制作一双放电活化气体装置。
用外径φ6mm壁厚1mm的石英管烧制成放电管(1)，在放电管(1)前端磨出φ0.5mm的喷嘴，用φ1mm的钨丝做电极(2)和电极(3)，两电极间距为100mm。用CF35的法兰(6)和氟橡胶“0”环将放电管(1)密封联接在真空室内。电源(5)选用输出0～8KV功率200W的直流高压电源。它的高压输出端与电阻(4)相联，地端与电极(2)相联。选用阻值1MΩ，功率为100W的线绕陶瓷电阻做限流电阻(4)，它接在电极(3)与高压电源(5)的高压端上。使用氮气做为工作气体，制成用于激光制膜设备，制备超硬碳氮(C3N4)薄膜的活性氮发生器。
实施例2按实施例1联接，只是喷嘴做成φ0.05mm.
按实施例1做，放电管(1)前端磨出喷嘴约为φ0.05mm，把放电管(1)烧封在CF35的法兰(6)上，制成用于分子束外延(MBE)设备上制备超导薄膜材料的活性氧发生器。
实施例3按实施例2做，用输出0～6KV的50Hz交流高压电源做电源(5)。制成用于激光分子束外延(LMBE)设备上制备氧化物薄膜材料的活性氧发生器。
实施例4按实施例3做，放电管(1)的前端烧制如图2所示的三个并联喷嘴。三个喷嘴互成120度，分布在φ30mm的圆周上，制成用于激光分子束外延设备制备大面积氧化物薄膜的活性氧发生器。
实施例5按实施例1做，把外径φ12mm，壁厚1mm的石英管套在放电管(1)外面，然后烧封在放电管(1)的外壁上，并在两端分别烧接进出水的两个水嘴，制成水冷型大功率活性气体发生器。
权利要求1.一种用于真空制膜设备的活化气体装置，包括放电管(1)、电极(2)，(3)、限流电阻(4)、电源(5)和法兰盘(6)，其特征在于放电管(1)前端做成1-10个锥形喷嘴，用法兰(6)把放电管(1)密封固定在真空室内，放电管(1)的进气口(7)留在真空室外，高压电源(5)的输出端引入真空室与电极(3)相联，高压电源(5)的地端与电极(2)相联，限流电阻(4)与电极(3)和高压电源(5)的高压端相联。
2.按权利要求1所述的用于真空制膜设备的活化气体装置，其特征在于还包括在放电管(1)外壁再烧封一个夹层水冷套。
3.按权利要求1所述的用于真空制膜设备的活化气体装置，其特征在于所述的电源包括正高压电源、负高压电源、交流电源、射频高压电源。
专利摘要本实用新型涉及真空制膜设备中的装置。本实用新型为提供一种结构简单、活化气体效率高、可直接用于真空室内的活化气体装置。本实用新型由呈锥形的真空放电管用法兰盘把它密封固定在真空室内，电极(3)与引入真空室内的电阻(4)相接，电极(2)与地端相接，限流电阻与电极和高压电源(5)的高压端相接组成。该装置可用于多种制膜设备中，使用方便，气体活化效率高达。
文档编号C23C14/22GK2265985SQ9621904
公开日1997年10月29日 申请日期1996年9月16日 优先权日1996年9月16日
发明者吕惠宾, 杨国桢, 周岳亮, 王会生, 陈正豪, 崔大复, 何萌 申请人:中国科学院物理研究所