直流电弧等离子体炬通常由杆状阴极和环绕阴极的圆筒状阳极组成。在阴极和阳极之前加上适当的直流电压，通过放电击穿流经阴阳极之前的气体点燃电弧。气体被电弧急剧加热到非常高的温度（在阳极出口（喷口）处可达4000~6000K，甚至更高），急剧膨胀后从等离子体炬喷口夺路而出，形成一个高温、高速的等离子体射流。衬底必须用水强制冷却，一般置于等离子体炬的下方。通常采用氢气、氩气和甲烷的混合气体作为原料气体。氩气的作用是易于点燃电弧和维持电弧放电，氢气和甲烷则是金刚石膜沉积的常用原料气体。也可以只用氢气，有人认为氢等离子体比氩-氢等离子体更为有利，因为氩气在金刚石膜沉积过程中似乎没有直接作用，没有必要为此付出额外的能量来加热和使之电离。除甲烷之外，也可使用其他的碳源。一般采用Mo作为衬底，因高温高速气流造成相当严重的热冲击，衬底必须强制水冷。

图为用于金刚石膜沉积的直流电弧等离子体喷射CVD简单实验装置示意图

   直流电弧等离子体喷射CVD是一种典型金刚石膜高速沉积方法，迄今为止仍然保持着930µm/h 的金刚石膜***高沉积速率。与微波等离子体CVD不同（电子温度高，气体温度低），电弧等离子体是接近平衡态的热等离子体，电子温度和气体温度都很高，等离子体的离化很充分，能够提供非常高的原子氢浓度，因此能够兼顾沉积速率和金刚石膜的质量。因此，在热丝CVD、微波等离子体CVD、燃烧火焰沉积和直流电弧等离子体喷射CVD四种金刚石膜沉积方法之中，直流电弧等离子体喷射CVD被认为是***有工业化应用前景的金刚石膜制备技术。但是早期的基于工业超声速炬技术的直流电弧等离子体喷射CVD，其沉积面积较小，均匀性较差，直到20世纪初也未能满足工业化生产的要求。我国在“863”计划支持下的基于旋转电弧和气体循环技术的高功率直流电弧等离子体喷射CVD技术是目前国内外***成功用于高质量金刚石自支撑膜工业化生产的技术。

表为直流电弧等离子体喷射CVD典型金刚石膜沉积工艺参数及优缺点

   30-50KW的直流制备设备，经十多年的沉积、改进、工艺积累，现在制备的金刚石膜产品可以达到如下的技术指标：三点抗弯断裂强度Rf可达到400MPa，线磨耗比可达50万；8-12μm红外波段透过率为70%；径向热导率可达19w/cm.k;轴向热导率为21w/cm.k；抗氧化能力780℃使加热180s后8-12μm波段透过率下降＜3%；微波介电常数5.2GH时tgδ=8×10\u001f-4近接国际上10-5。抗激光损伤：YAG-6.7J/cm2-脉冲10ns;CO2—115～226KW/cm2-光速直径0.5㎜时损伤值为1.15×106W/ cm2。膜厚不均匀性不大于8%。厚度***小为0.10㎜.光洁度可达Ra0.012.

设备构成

该设备主要由如下几大系统主成：

（1）真空沉积腔体；

（2）真空获得系统；

（3）排气和生长压力调节系统；

（4）沉积台系统；

（5）沉积电源；

（6）真空管道、附件、主机架；

（7）电气自动化控制系统；

（8）气路、水路系统；

（9）真空测量系统，温度、压力、流量测量控制系统；

设备优势

气体流量可控

气体原料简单

CVD金刚石质量高

直流电弧CVD产品展示

CVD修整工具

直流电弧等离子法CVD金刚石薄膜

高功率激光窗口