CN103236390A - 一种短毫米波行波管用金刚石输能窗及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种短毫米波行波管用的金刚石输能窗,属于真空电子技术领域,包括输能窗片、连接波导和封接窗架,该金刚石输能窗的上下两部分是对称放置并与波导相连接的封接窗架,它们的中部密封地紧夹金刚石窗片。根据以上所表述金刚石输能窗的制造方法为,a选用基底硅片;b装入微波等离子体化学气相沉积设备;c充入氢气;d启动等离子体放电;e提高气压和微波功率,基片温度达到850~950°C;f加入甲烷,开始金刚石的生长;g结束生长,取出金刚石材料;h进行研磨,抛光并用激光切割成窗片;i窗片金属化;j窗片与窗架对中焊接。该输能窗的匹配性能和传输损耗均优于蓝宝石窗。
Description
技术领域
本发明属于真空电子技术领域,特别涉及一种短毫米波行波管用的金刚石输能窗及其制造方法。
背景技术
毫米波段以及更高频段的太赫兹(THz)真空器件具有功率大、频带宽等优点,在雷达、制导、战术和战略通信、电子对抗、遥感、辐射测量等方面得到了广泛应用。由于这种行波管的频率相对较高,零部件的尺寸较小,给产品研制带来种种困难,特别是慢波结构、衰减器和微波输能窗这些尺寸要求更严格之处的加工制造。输能窗是短毫米波段(例如W波段)行波管中的重要部件之一。为了使行波管能稳定工作,并提供良好的电性能参数,输能窗必须具有驻波低、传输损耗小等特点,而且应该具有足够的结构强度和真空密封性能。微波输能窗有多种结构形式。其中盒形窗是最常用的一种结构,具有承受功率容量大、频带宽和结构简单,而且工艺比较成熟,蓝宝石是常用的窗片材料之一。但是对于短毫米波,例如W波段行波管,蓝宝石窗存在一系列问题。首先,它的介电常数9.5较高。如果窗架要想做成WR10标准波导口,根据介电常数和波长计算得到的蓝宝石窗片的厚度小于0.1mm,强度不够,很难实现。另外一方面,蓝宝石窗与金刚石窗相比,微波损耗相对较大。而高品质金刚石材料,是已知材料中最优异的介质材料,具有低介电常数、低微波损耗、高硬度和高导热率等特性,是微波真空器件,特别是短毫米波行波管理想的输能窗材料。根据计算,如果窗架做成WR10标准波导口,金刚石窗片的厚度达到0.16~0.2mm,可以满足强度的实用要求。更重要的是金刚石窗的传输损耗低,有利于提高短毫米波器件的输出功率;而且它具有更好的匹配性能,较低的反射损耗,有利于抑制行波管的反射振荡,获得稳定的工作性能。因此,本申请选用金刚石材料而不是蓝宝石。
发明内容
本发明解决的技术问题是,为使短毫米波行波管稳定工作,通常选用的短毫米波输能窗材料为蓝宝石,但蓝宝石存在的问题是介电常数高,强度不够,匹配性能差和损耗大等缺陷。为了克服这些不足之处,就需要开发一种金刚石输能窗并寻求其制造方法。
本发明的目的是,提供一种短毫米波行波管用金刚石输能窗及其制造方法。为了实现本发明的目的,采取的技术方案如下,一种短毫米波行波管用的金刚石输能窗,包括输能窗片、连接波导和封接窗架,其特征在于,该金刚石输能窗的上下两部分是对称放置并与波导相连接的封接窗架,它们的中部密封地紧夹一片金刚石窗片。根据以上所表述金刚石输能窗的制造方法,其特征在于,按如下步骤进行,
a.选用基底硅片,将其表面采用金刚石粉抛光形核;
b.基片装入微波等离子体化学气相沉积设备,将***抽真空至≤1x10-1Pa;
c.充入氢气-流量100~600sccm,气压400~800Pa;
d.加微波功率1000W,启动等离子体放电;
e.提高气压和微波功率至10~16KPa和2~3KW,基片温度达到850~950°C;
f.加入甲烷-1~6sccm,开始金刚石的生长;
g.结束生长,取出生长的金刚石材料;
h.金刚石材料进行研磨,抛光并用激光切割成窗片;
i.窗片金属化;
j.窗片与窗架的对中与焊接。
金刚石输能窗的制造工艺涉及到窗片边缘的金属化,及其与窗架的焊接。首先,使用射频磁控溅射镀膜设备进行窗片边缘的金属化。然后,将窗片与上下窗架对中固定,并进行一次性钎焊。
本发明的有益效果是,利用金刚石窗的传输损耗和反射损耗低,匹配性能优异的特点,提高短毫米波行波管的输出功率,有效抑制器件的反射振荡,获得稳定的工作性能。
附图说明
图1为一种短毫米波行波管用的金刚石输能窗的示意图。
图2为金刚石输能窗制造的流程图
具体实施方式
参照图1,表示一种W波段行波管用的金刚石输能窗示意图,图中,部件2为金刚石窗片,它与上窗架1和下窗架3通过钎焊连接在一起,构成真空密封。主要部件金刚石窗片材料的制备按照以下步骤进行操作:
a.选用基底硅片,将其表面采用金刚石粉抛光形核;
b.基片装入微波等离子体化学气相沉积设备,将***抽真空至≤1x10-1Pa;
c.充入氢气-流量100~600sccm,气压400~800Pa;
d.加微波功率1000W,启动等离子体放电;
e.提高气压和微波功率至10~16KPa和2~3KW,基片温度达到850~950°C;
f.加入甲烷-1~6sccm,开始金刚石的生长;
g.结束生长时,取出生长的金刚石材料;
接着是金刚石窗片的加工和封装,按以下步骤进行:
h.金刚石材料进行研磨,抛光并用激光切割成窗片;
i.窗片金属化;
j.窗片与窗架的对中与焊接。
Claims (2)
1.一种短毫米波行波管用的金刚石输能窗,包括输能窗片、连接波导和封接窗架,其特征在于,该金刚石输能窗的上下两部分是对称放置并与波导相连接的封接窗架,它们的中部密封地紧夹一片金刚石窗片。
2.根据权利要求1所述金刚石输能窗的制造方法,其特征在于,按如下步骤进行,
a.选用基底硅片,将其表面采用金刚石粉抛光形核;
b.基片装入微波等离子体化学气相沉积设备,将***抽真空至≤1x10-1Pa;
c.充入氢气-流量100~600sccm,气压400~800Pa;
d.加微波功率1000W,启动等离子体放电;
e.提高气压和微波功率至10~16KPa和2~3KW,基片温度达到850~950°C;
f.加入甲烷-1~6sccm,开始金刚石的生长;
g.结束生长,取出生长的金刚石材料;
h.金刚石材料进行研磨,抛光并用激光切割成窗片;
i.窗片金属化;
j.窗片与窗架的对中与焊接。
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