15KW微波等离子体设备

参数 描述 ACME-2150 微波等离子体（MPCVD）设备

1. 设备介绍

ACME-2150型15KW微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）设备是为满足用户的特殊要求而设计开发的多用途、高稳定性、中压微波等离子体（MPCVD）综合加工设备。它性能先进、功能齐全、结构合理、使用方便、安全可靠、外形美观，特别适用于单晶和多晶金刚石薄膜及类金刚石薄膜的化学气相沉积（CVD）；材料表面处理和改性；低温氧化物的生长等领域。.

2. 设备组成和主要特点：

2.1.微波功率源

系统采用 15kW/2450MHz 开关式微波功率源。其微波功率在 0.5 至 15 kW 之间连续可调；稳定性优于 ± 1%；纹波度优于 2%，控制性能好；PLC 控制方便；采用先进的磁控灯丝降压跟踪技术和高精度磁场反馈调整与稳定技术；采用完善的线路安全锁定控制系统，确保使用寿命长、电气性能优越、安全可靠、操作简单方便。.

2.2.波导传输装置

该系统采用了一套出色的微波传输系统，由高性能微波环行器、三针混频器、带反射波采样的水负载和相连的波导段波导组成。它能很好地隔离磁控管的反射波，确保其稳定运行。当等离子负载发生变化时，它还能方便地调整最佳匹配，实现微波功率的最佳传输。通过对反射波的采样，以数字形式显示反射功率大小和实时工作状态。.

2.3.模式转换和下射微波耦合腔

这是新一代成熟的微波等离子体耦合腔体，由工作在 TM 模式的圆柱形腔体、带可调同轴耦合探头的栅极式同轴波导耦合器和板式石英窗口组成。通过调节波导短路活塞和同轴耦合探头，微波功率可以在很宽的工作范围内有效地耦合到等离子体放电腔，产生高密度、高电离、大面积均匀稳定的微波放电。它采用双层水冷腔壁，确保运行稳定。.

2.4.多孔等离子体放电室

该系统采用不锈钢焊接双层水冷结构的大容积排放室。上端与微波反应室相连，微波反应室是圆柱形反应室的延续部分。它还具有以下功能端口：

1) 腔体可方便地对不小于 75 毫米的基底样品进行放电，并配有网状微波屏蔽窗，可在运行过程中清楚地观察腔体内的放电操作。红外测温用于测量 300-1400 ℃ 下的基底温度。

2) 采用专门设计的充气法兰，提供主混合管道和充气管道，以及靠近基质的充气环，作为辅助充气管道，形成双层供气系统。.

上述设计使端口的水冷放电室容积大、功能齐全，特别适合小型等离子体加工的需要。.

2.5.样品架调整

该装置可分别对腔板和样品基片级进行电气连续调节，实现等离子体放电区的最佳状态，简单可靠，易于控制。它能满足各种等离子加工工艺的要求。.

2.6.真空采集和测量

系统采用抽速为 8L/s 的真空泵作为抽气系统，最大真空度优于 6×10-1Pa。系统配有从大气到 10-1Pa 的中、低压测量仪表，以及从 100Pa 到 100kPa 的耐压真空计。测量仪器放置在机柜中，便于控制和读取。.

静密封采用硅橡胶和金属密封；动密封采用金属波纹管结构。工作压力控制采用高精度阀门和控制器，气压控制稳定，调节方便。.

2.7.多通道气体质量流量控制（MFC）

为保证 MPCVD 的工艺要求，系统采用了由 H2（1SLM）、CH4（100SCCM）、O2（50SCCM）和 N2（50SCCM）组成的四路气体质量流量控制系统供应和控制系统（MFC）。可靠的 1/4 ‘VCR 接口嵌入设备机柜中，短小精悍，易于控制和调节。.

2.8.控制系统和机柜

系统采用紧凑简洁的主体结构和独立的控制单元。整套设备采用 PLC 和触摸屏多参数控制，外形美观，操作简单可靠。主控柜设有过流、过热、断水自动保护以及电源和故障指示功能。微波泄漏优于国家标准。.

3. 设备的总体技术参数

1) 微波源和系统

工作频率：2450 ± 50MHz

输出功率： 0.5~15kW 连续可调

功率稳定性：优于 ± 1%（在额定功率水平下）

波纹度：优于 ± 2%

控制方式：PLC 控制，触摸屏操作

输出波导接口：标准法兰

输入电源：380VAC/50Hz，三相四线制，独立接地线，25KW

冷却水流量：45 升/分钟

系统驻波系数：驻波系数 ≤ 1.5

微波泄漏：6 KW微波 ≤ 5mW/cm2 （15 KW微波 ≤ 10mW/cm2）

2) 微波真空放电腔

尺寸和工作模式：约 Φ 400 x 350 (H) TM 模式

3) 真空采集：8L/s 真空泵

最大真空度优于 6×10-1Pa

4) 气体质量流量：4 通 MFC（气体类型和范围可由用户决定）

H2（1SLM），CH4（100SCCM）

O2（50sccm），N2（50sccm）

5) 样品平台装置：样品台直径 Φ 80 毫米，水冷结构；;

电动升降调节距离：0-80 毫米

6) 基质温度测量：红外温度测量范围 300-1400℃（单色）

7) 主电源：380VAC ± 5%/50Hz，三相四线，独立接地线，25KW

8) 总冷却水量：15L/min（45L/min），清洁软水，进水温度为 20℃±5℃；;

9) 外部尺寸：~2.00（长）x 1.2（宽）x 2.05（高）米

10) 工作技术参数：

(1) 系统等离子体放电面积不小于直径 Φ 75mm；放电稳定无偏差；;

(2) 工作温度：600-1200 ℃（红外测温）；;

(3) 工作压力：1kPa~25kPa；;

(4) 在设定的输出功率、气体流量和压力条件下，实现长期（大于 24 小时）连续稳定运行。.

4. 设备组成和配置

• 配置清单

• 备件清单

注：整个设备保修一年（磁控管由供应商保修）。.

5设备验收标准：

1).极压：外部真空规测得的最大压力应小于 1.0 x 10-2Torr （真空泵连续抽气 20 分钟）；;

2).真空泄漏率：真空室的泄漏率应小于 100mtorr/h（保压 10 小时以上）。

3).微波辐射：微波辐射应小于 5mW/cm2，由微波测量仪测量（在 10 kW 下测试）；微波辐射应小于 10mW/cm2，由微波测量仪测量（在 14 kW 下测试）。

4).漏水：确认水管没有漏水

5).安全联锁：确认每个联锁动作正确无误

6).系统测试：系统启动和运行功能测试

7).多晶金刚石生长：在 3 英寸硅片或钼托盘上测试多晶金刚石生长超过 24 小时。样品表面的金刚石分布均匀，没有与氮空位相关的杂质峰。硅片或钼盘由制造商提供。.

8).该设备可连续运行 72 小时，以每小时 2 微米的生长速度生产出金刚石单晶体或多晶体。.