一种可吸附拼接生长大面积单晶金刚石的方法
【技术领域】
[0001]
本发明属于材料生长技术领域，具体涉及一种可吸附拼接生长大面积单晶金刚石的方法。
背景技术：
[0002]
目前，生长单晶金刚石主要使用微波等离子体化学气相淀积法，该方法使用2.45ghz的微波源，在50-200torr、700-1000℃、500-3000w条件下外延。该方法的好处是等离子体大小可以通过腔压来调控，从而满足不同尺寸金刚石的外延，这也为大面积单晶金刚石外延提供了条件。该方法的另一个好处是，外延得到的单晶金刚石杂质少，纯度高，适合用于半导体电子器件领域。
[0003]
为了得到大尺寸的单晶金刚石，异质外延和同质拼接外延的方法经常被用到。异质外延一般在铱衬底上，使用微波等离子体化学气相淀积法外延出大面积单晶金刚石，但是该方法由于是在铱衬底上外延，使得生长得到的单晶金刚石杂质多、质量差，无法满足制备电子器件的要求。同质拼接外延的方法是将两块单晶金刚石拼接在一起，放入微波等离子化学沉积系统中，通过外延生长，使用新生长的单晶金刚石把拼接裂痕粘在一起，然后继续外延生长，得到完整的大面积单晶金刚石。但是，在拼接的过程中，由于应力或是机械振动的存在，容易使得样品位置发生相对滑动，甚至使得其中一个样品翘起来，悬在空中，这将导致样品热阻增加，使得外延生长的整个环境彻底变化，最终导致拼接缝处出多晶，甚至导致拼接样品裂开，使得拼接失败。
技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种可吸附拼接生长大面积单晶金刚石的方法，以解决现有拼接过程中，由于应力或是机械振动的存在，容易使得样品在生过程中的相对位置发生改变，甚至样品翘曲的问题。
[0005]
本发明采用以下技术方案：一种可吸附拼接生长大面积单晶金刚石的方法，
[0006]
基于一样品托，在其上竖直贯穿设置有至少两组吸附通道，每组吸附通道包括一个或多个通孔，通孔用于从其下方将孔内空气吸走，形成低真空状态；
[0007]
方法包括以下步骤：
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1)准备至少两个清洗好的金刚石；
[0009]
2)每个金刚石并列紧靠放置于样品托的上表面，并使得每个金刚石底部均覆盖一组吸附通道；
[0010]
3)通过对吸附通道抽真空，使得每个金刚石牢固吸附在样品托上；
[0011]
4)使用等离子体化学沉积技术在各个金刚石上表面同时生长完整的金刚石。
[0012]
进一步的，金刚石为单晶金刚石，且其上下表面精确抛光，粗糙度在1nm和100μm之间。
[0013]
进一步的，通孔的截面面积小于与其接触的金刚石的下表面面积。
[0014]
进一步的，样品托为一平台或凹形台。
[0015]
进一步的，样品托的材质为钼金属，其上表面的粗糙度在1nm和1mm之间。
[0016]
本发明的有益效果是：将两个单晶金刚石拼接在一起后，使用通孔将两个样品牢固的吸附在样品托上，然后进行同质外延，生长出完整的大面积单晶金刚石。本专利的优点在于结构十分简单，样品托下方本身有一个吸气装置，在样品托上打孔，可以直接将样品固定在样品托上，十分简单；另外，整个固定样品的过程不会引入杂质，污染金刚石表面，有利于金刚石外延生长。
【附图说明】
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图1为本发明的一种样品托放置有两个单晶金刚石的结构示意图；
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图2为本发明的另一种样品托放置有两个单晶金刚石的结构示意图；
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图3为使用图1样品托生长生长大面积单晶金刚石的效果示意图；
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图4为使用图2样品托生长生长大面积单晶金刚石的效果示意图。
[0021]
其中，1.单晶金刚石i，2.单晶金刚石ii，3.样品托，4.通孔，5.大面积单晶金刚石。
【具体实施方式】
[0022]
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
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本发明包含两个或两个以上的单晶金刚石、样品托、吸附通道；将多个单晶金刚石并列置于样品托上；多个单晶金刚石下表面均覆盖通孔；通孔贯穿样品托；多个单晶金刚石上表面外延出完整的大面积单晶金刚石；本发明减小了生长过程中因机械振动、内部应力等因素造成样品相对位置发生变化、一边样品翘起来的问题，为拼接生长大面积单晶金刚石提供了一种新的方法。
[0024]
本发明基于一样品托(3)，在其上竖直贯穿设置有至少两组吸附通道，每组所述吸附通道包括一个或多个通孔(4)，所述通孔(4)用于从其下方将孔内空气吸走，形成低真空状态。吸附通道就是为了提供负压使得金刚石牢固的吸附在样品托上。
[0025]
本发明的方法包括以下步骤：
[0026]
1)准备至少两个清洗好的金刚石；
[0027]
2)每个金刚石并列紧靠放置于样品托3的上表面，并使得每个金刚石底部均覆盖一组吸附通道；
[0028]
3)通过对所述吸附通道抽真空，使得每个金刚石牢固吸附在样品托3上；
[0029]
4)使用等离子体化学沉积技术在各个金刚石上表面同时生长完整的金刚石5。
[0030]
下面，以单晶金刚石i1和单晶金刚石ii2为例来说明本发明的方法。
[0031]
欲对单晶金刚石i1和单晶金刚石ii2进行拼接生长，则在样品托3上设置两个吸附通道，每个吸附通道可以包括一个或多个通孔，将单晶金刚石i1和单晶金刚石ii2紧贴并列置于样品托3的两个通孔上；将通孔4抽真空，使得单晶金刚石i1和单晶金刚石ii2牢固吸附在样品托3上，此时单晶金刚石i1和单晶金刚石ii2还是紧靠放置；然后使用等离子体化学沉积技术在单晶金刚石i1和单晶金刚石ii2上表面外延出完整的大面积单晶金刚石5。
[0032]
其中，单晶金刚石i1和单晶金刚石ii2是单晶金刚石，且上下表面精确抛光，糙度在1nm和100μm之间；样品托3为钼金属，且上表面精确抛光，糙度在1nm和1mm之间；通孔4贯
穿样品托3，孔径范围不超过单晶金刚石i1和单晶金刚石ii2的下表面；通孔4下方可以将孔内空气吸走，形成低真空状态，将单晶金刚石i1和单晶金刚石ii2牢固的吸附在样品托3的上表面。
[0033]
实施例
[0034]
1)准备一个圆柱体型钼，圆柱体的直径为50毫米，高为30毫米；
[0035]
2)在圆柱体钼上表面向下挖一个直径为20毫米，深为15毫米的空间。圆柱体钼上表面圆心和空心圆柱体上表面圆形重合；
[0036]
3)在空心圆柱体下表面开始，垂直向下打两个通孔，这两个通孔的直径为2毫米，在空心圆柱体下表面中心两侧，距空心圆柱体下表面中心距离为0.5毫米，如图2所示；
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4)将两个3
×3×
0.5mm3的金刚石置于两个通孔之上，并将两个样品紧靠，如图2所示；
[0038]
5)将通孔抽真空，即可将两个样品固定到样品托上，如图2所示。
[0039]
现有技术是使用金属焊接将样品焊在样品托上，如使用金箔，在高温下将样品和样品托焊接在一起。现有技术存在以下缺点：(1)由于在样品和样品托之间存在焊接料，焊接料的熔点和蒸发温度就限制了金刚石生长过程中的温度，即金刚石生长温度不能大于焊接料的熔点和蒸发温度，否则焊接料将发生融化并蒸发，使得样品发生移动和污染，这一个缺点就限制了金刚石生长工艺的调节范围，对金刚石生长十分不利；另外，焊接料本身存在热阻，使得样品到腔体冷却台的热阻改变，从而改变最佳生长条件。(2)焊接的过程中样品表面容易受到污染，对后续金刚石的外延十分不利，容易在污染处生长出多晶金刚石，或是将污染物包裹如外延的金刚石内部，造成金刚石外延质量的降低；(3)需要使用焊接技术，工艺复杂。
[0040]
而本发明一种可吸附拼接生长大面积单晶金刚石的方法采用的技术为：在样品托上打孔，加上设备本身会吸附样品托，这就使得通孔内部空气可以自动排空，从而将样品在整个生长过程中都可以牢固的吸附在样品托上。本发明的方法完全克服了原有技术的缺点。从目前文献和资料记载，所有的样品托均无通孔结构，因为大家习惯使用金属焊接工艺来固定样品；另外，大家习惯性的认为样品托应该是完整的，平整的，这样才能使得样品导热均匀，所以不会想到在样品下面做通孔来固定样品。而本发明的方法通过调整通孔的位置、大小、个数等来使得样品导热均匀。
[0041]
本发明是将两个单晶金刚石拼接在一起后，使用通孔将两个样品牢固的吸附在样品托上，然后进行同质外延，生长出完整的大面积单晶金刚石。本发明将两个单晶金刚石牢固吸附在样品托上，减小了生长过程中因机械振动、内部应力等因素造成样品相对位置发生变化、一边样品翘起来的问题，为拼接生长大面积单晶金刚石提供了一种新的方法。