一种提高大面积硅材料上金刚石形核均匀性的预处理装置的制作方法

本技术涉及异质外延金刚石膜材料领域，具体涉及一种提高大面积硅材料上金刚石形核均匀性的预处理装置。

背景技术：

1、大面积金刚石膜优异的光学性能、热学特性以及耐候性使其在托克马克、高功率激光器、热沉散热片等高新技术领域获得了良好的应用。在众多适用于大面积金刚石膜生长的技术中，金刚石异质形核的均匀性是决定金刚石生长质量及结构均匀性的关键。

2、目前，金刚石异质形核的主要预处理方法是机械研磨、超声形核和偏压形核。通过机械研磨的方法会在基片表面或亚表面上形成利于金刚石形核的微小的划痕缺陷，缺陷分布的均匀性是金刚石是否可以均匀异质形核的关键，但机械研磨在产生划痕缺陷的过程中，也会引入杂质，这为基片后期的处理工艺增加了难度。超声形核过程能在基片表面形成微小的凹坑缺陷，长时间的超声处理会使基片表面或亚表面形成分布均匀的凹坑缺陷，为金刚石均匀的异质形核提供基本环境，但当基片材料较薄或存在微缺陷时，长期的超声处理会对基片本身产生损伤，甚至造成基片材料的碎裂，影响后续的生长加工工艺。偏压形核是提高金刚石异质形核率及均匀性的有效方法，通过设置合理的偏压，以调控等离子体附加在基片表面的位形，可以在基片表面获得较高的形核率且具有较好的均匀性，但设计研发具有偏压功能的工业化设备具有很大难度，同时对偏压的工艺调控也相对严格，特别是在利用微波等离子体化学气相沉积技术，制备高质量大面积金刚石膜的工艺过程中，对直径大于50mm的基片材料进行偏压形核，不仅是对设备也是对工艺的极大挑战。

3、因此，需要研发一种有效的异质形核的预处理方法，提高对大面积基片均匀异质形核的效率，满足在大批量的工业化的生产要求。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决的技术问题是提供一种提高大面积硅材料上金刚石形核均匀性的预处理装置，以克服上述现有技术中的不足。

2、本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种提高大面积硅材料上金刚石形核均匀性的预处理装置，包括：

3、容器、升降支架、基台和喷枪，容器内注入有保护液；基台通过升降支架固定在容器内，并浸没在保护液内；喷枪布置在容器上方，喷枪的喷嘴朝向基台。

4、在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

5、进一步，容器侧壁上设置进水口，容器底部设置出水口。

6、进一步，进水口的数量为多个，并环绕基台分布。

7、进一步，升降支架由同轴装配的圆柱形支撑杆组成，支撑杆间通过弹簧传递升降力，由电机提供升降的驱动力控制支撑杆的相对位移及震动频率，以实现置于升降支架的基片的震动。

8、进一步，喷枪由数控伺服电机控制进行涡状线运动。

9、本实用新型的有益效果为：

10、通过喷枪喷射高压的金刚石粉悬浊液对单晶硅片表面进行冲击，在单晶硅片表面形成有利于金刚石异质外延形核的凹坑；

11、通过控制喷枪的运动路径，即进行涡状线运动，调控凹坑缺陷在单晶硅片表面分布的均匀性；

12、通过升降支架控制单晶硅片在纵向上微小位移内的高频振动，进一步提高凹坑粒径分布的均匀性，通过保护液避免金刚石粉悬浊液的冲击对硅片本身的损伤；

13、通过精确调控，高效的在大面积单晶硅片表面形成有利于金刚石异质形核的尺寸分布均匀的形核缺陷，提高了大面积硅材料上金刚石均匀异质形核的效率。

技术特征：

1.一种提高大面积硅材料上金刚石形核均匀性的预处理装置，其特征在于，包括：容器(4)、升降支架(3)、基台(2)和喷枪(8)，所述容器(4)内注入有保护液(5)；所述基台(2)通过升降支架(3)固定在容器(4)内，并浸没在保护液(5)内；所述喷枪(8)布置在容器(4)上方，所述喷枪(8)的喷嘴(9)朝向基台(2)。

2.根据权利要求1所述的一种提高大面积硅材料上金刚石形核均匀性的预处理装置，其特征在于：所述容器(4)侧壁上设置进水口(6)，所述容器(4)底部设置出水口(7)。

3.根据权利要求2所述的一种提高大面积硅材料上金刚石形核均匀性的预处理装置，其特征在于：所述进水口(6)的数量为多个，并环绕基台(2)分布。

4.根据权利要求1所述的一种提高大面积硅材料上金刚石形核均匀性的预处理装置，其特征在于：所述升降支架(3)由同轴装配的圆柱形支撑杆组成，所述支撑杆间通过弹簧传递升降力，由电机提供升降的驱动力控制支撑杆的相对位移及震动频率，以实现置于升降支架(3)的基片的震动。

5.根据权利要求1所述的一种提高大面积硅材料上金刚石形核均匀性的预处理装置，其特征在于：所述喷枪(8)由数控伺服电机控制进行涡状线运动。

技术总结
本技术涉及提高大面积硅材料上金刚石形核均匀性的预处理装置，基台通过升降支架固定在容器内，并浸没在保护液内；喷枪布置在容器上方，喷枪的喷嘴朝向基台。本技术的有益效果为：通过喷枪喷射高压的金刚石粉悬浊液对单晶硅片表面进行冲击，在单晶硅片表面形成有利于金刚石异质外延形核的凹坑；通过控制喷枪的运动路径，调控凹坑缺陷在单晶硅片表面分布的均匀性；通过升降支架控制单晶硅片在纵向上微小位移内的高频振动，进一步提高凹坑粒径分布的均匀性，通过保护液避免金刚石粉悬浊液的冲击对硅片本身的损伤；可以在大面积单晶硅片表面形成有利于金刚石异质形核的尺寸分布均匀的形核缺陷，提高了大面积硅材料上金刚石均匀异质形核的效率。

技术研发人员：刘繁,翁俊,汪建华,汪淏,张昕煦,刘小波,郭能峰
受保护的技术使用者：武汉莱格晶钻科技有限公司
技术研发日：20221125
技术公布日：2024/1/12