一、 裝置的基本原理

　　當一根石英管處于真空腔中，在石英管中通入微波，處于真空腔內(nèi)的石英管外表面就形成了表面波。當真空腔體中的氣壓適當時表面波就能在石英管的表面產(chǎn)生等離子體；當多根石英管靠近平行放置形成石英管陣列，多根表面波等離子體將互相疊加，在石英管附近就可以獲得大區(qū)域均勻的高密度微波等離子體。這種微波等離子體由于密度高，面積大，能輔助化學汽相沉積（MWPECVD）大面積高質(zhì)量薄膜。據(jù)真空技術(shù)網(wǎng)另文介紹，這種裝置產(chǎn)生的氫和甲烷等離子能能在硼硅酸鹽玻璃、堿石灰玻璃和石英基體順利地生長納米金剛石薄膜，且薄膜是一種高度透明和光滑的納米金剛石薄膜。當加入了二氧化碳混合氣，可改善膜性能，如透明度。

　　我們根據(jù)表面波產(chǎn)生等離子體的基本原理進行了如下的表面波等離子體源的研制，達到了為鍍制薄膜的工藝研究所需要的設(shè)備條件。

二、 鍍膜設(shè)備的主要參數(shù)

　　我們研制的等離子體發(fā)生腔為 300×300mm 的方形真空腔體（參見圖 1） 。真空腔體由四塊厚度為 14mm 的無磁不銹鋼板焊接而成；腔體前開有觀察窗口，上為蓋板，下與薄膜沉積室相連。真空腔體中同時平行擺放 4根長度 250mm 的石英玻璃管，左右各有 4 個微波同軸波導個連接口。每根石英管兩頭用一套微波系統(tǒng)提供微波功率，四根石英管共用八套微波系統(tǒng)。

圖 1

　　每套微波系統(tǒng)都由微波電源、磁控管、激勵腔、環(huán)形器、水阻、波導同軸轉(zhuǎn)換器、短路活塞、同軸波導組成。由于兩根石英玻璃管的中心距足夠近，我們將同軸波導管的長度設(shè)計為兩種，使波導系統(tǒng)巧妙的錯開，以達到在石英管陣列足夠緊密,在石英管陣列附近就能獲得大面積均勻的高密度等離子體，為沉積大面積高性能薄膜創(chuàng)造設(shè)備條件。

　　微波系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一是將矩形波導傳輸變成圓波導傳輸。我們設(shè)計的這套微波傳輸系統(tǒng)阻抗匹配性能比較好，反射波功率比較小。

　　為了減少等離子體與上蓋板相互作用，和輔助等離子體的穩(wěn)定，在上蓋板表面覆蓋多級磁場。磁鋼的長度為 250mm，擺放于兩根石英玻璃管的中間處，并保證每根石英玻璃管的兩側(cè)都有磁鋼。

　　為了能均勻沉積大面積薄膜，上蓋板內(nèi)側(cè)使用了不銹鋼管道將氣體均勻輸入真空室內(nèi)。為了使真空腔體和微波系統(tǒng)不至于過熱，在發(fā)熱位置使用水冷和空氣冷。調(diào)試表明，0.5m3/h的冷卻水和 200m3/h 的冷卻空氣可使整個裝置長時間穩(wěn)定工作。

　　初步試驗表明，這樣措施獲得大面積均勻高密度等離子體放電,為沉積高質(zhì)量大面積薄膜創(chuàng)造了基本條件。