一种扩大金刚石籽晶面积的沉积部和方法与流程

1.本发明涉及金刚石籽晶合成技术领域，尤其涉及一种扩大金刚石籽晶面积的沉积部和方法。


背景技术：

2.微波等离子体化学气相法(mpcvd)是一种成本低、质量高、易操控的人工制备金刚石的方法。其基本原理是使用微波在低分子碳烃气体(比如甲烷)与氢气的混合气体中激发等离子体。在这等离子体的高温环境中，碳原子将会沉积到放置在基片台的籽晶上，从而实现单晶金刚石的人工生长。基片台的结构设计是影响单晶金刚石生长质量的一个重要因素。通常使用的普通基片台是一块尺寸合适的钼片，将单晶金刚石籽晶放置其上即开始生长。现有工艺问题：
①
籽晶大小受限，难以获得较大面积的晶种(10*10mm以上的晶种比较难获得)，且大面积晶种价格昂贵(15*15mm晶种价格7万rmb左右，且难以获得)；
②
采用马赛克拼接的大晶种存有晶界等缺陷，生长时容易开裂。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种扩大金刚石籽晶面积的沉积部和方法，以解决现有技术中的问题。
4.为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种扩大金刚石籽晶面积的沉积部，包括冷却单元、基板台和钼环；所述基板台设于所述冷却单元上；所述基板台包括底座和位于所述底座上的金刚石承托部，所述金刚石承托部为柱状，并被设置为适于在所述钼环的环孔内上下活动；所述冷却单元和所述基板台可升降，用于调整放于所述金刚石承托部上金刚石籽晶的上平面与钼环顶面的高度差。
5.优选地，所述金刚石承托部的直径小于所述钼环的开槽直径。
6.更优选地，所述金刚石承托部的直径与所述钼环的开槽直径的差大于0且≤10mm，如大于0～0.02mm、0.02～1mm或1～10mm。
7.本发明第二方面提供一种扩大金刚石籽晶面积的方法，包括如下步骤：将金刚石籽晶放于上述沉积部的金刚石承托部上，在生长过程中，保持金刚石籽晶的上平面低于钼环顶面，金刚石籽晶的上平面与钼环顶面的高度差为0.01～4mm，如0.01～1mm或1～4mm。
8.优选地，金刚石承托部的直径比金刚石籽晶的对角线长度大1～15mm，如1～5mm或5～15mm。
9.优选地，当金刚石籽晶每长高0.01～0.5mm(如0.01～0.3mm或0.3～0.5mm)时，将金刚石基板台下降同样的距离，保持金刚石生长面与钼环顶部间距基本不变。
10.更优选地，当籽晶生长厚度超过0.5～2.0mm(如0.5～1.5mm或1.5～2.0mm)时，取出样品并割除周围多晶以及底部晶种，保留新生长的金刚石厚度0.1～0.5mm(如0.1～0.2mm或0.2～0.5mm)作为新的籽晶，再将新籽晶放于金刚石承托部的上重复生长。
11.进一步更优选地，对新生长的金刚石籽晶进行抛光、酸洗和水洗后再放于金刚石
承托部的上继续生长。
12.上述技术方案具有以下有益效果：
13.1)本发明可以获得较大面积的金刚石籽晶，如10*10mm、15*15mm；
14.2)本发明获得的较大面积的金刚石籽晶生长纹均匀，无明显晶界等缺陷。
附图说明
15.图1是本发明沉积部的结构示意图。
16.图2是本发明沉积部的俯视结构图。
17.附图标记
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冷却单元
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基板台
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底座
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金刚石承托部
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钼环
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支撑部
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金刚石籽晶
具体实施方式
[0025]
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0026]
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0027]
一种扩大金刚石籽晶面积的沉积部，如图1和图2所示，包括冷却单元1、基板台2和钼环3；所述基板台2设于所述冷却单元1上；所述基板台2包括底座21和位于所述底座上的金刚石承托部22，所述金刚石承托部22为柱状，并被设置为适于在所述钼环3的环孔内上下活动；所述冷却单元1和所述基板台2可升降，用于调整放于所述金刚石承托部22上金刚石籽晶的上平面与钼环顶面的高度差(记为h)。所述冷却单元1和所述基板台2可通过现有的升降机构实现升降，例如使用机械升降机构、减速齿轮升降机构等。
[0028]
在一优选的实施方式中，所述金刚石承托部22的直径小于所述钼环3的开槽直径。
[0029]
在一优选的实施方式中，还包括用于支撑所述钼环3的支撑部4，所述支撑部4设于所述钼环3的下方。
[0030]
实施例1
[0031]
一种扩大金刚石籽晶面积的沉积部，包括冷却单元1、基板台2和钼环3；所述基板台2设于所述冷却单元1上；所述基板台2包括底座21和位于所述底座上的金刚石承托部22，
所述金刚石承托部22为柱状，并被设置为适于在所述钼环3的环孔内上下活动；所述冷却单元1和所述基板台2可升降，用于调整放于所述金刚石承托部22上金刚石籽晶的上平面与钼环顶面的高度差(记为h)。所述金刚石承托部22为圆柱形，所述金刚石承托部22的直径小于所述钼环3的开槽直径。所述金刚石承托部22的直径与所述钼环3的开槽直径的差为0.02mm。还包括用于支撑所述钼环3的支撑部4，所述支撑部4设于所述钼环3的下方。
[0032]
一种扩大金刚石籽晶面积的方法，包括如下步骤：将10*10mm金刚石籽晶5放于该沉积部的金刚石承托部上，在生长过程中，保持金刚石籽晶的上平面低于钼环顶面，金刚石籽晶的上平面与钼环顶面的高度差为0.01mm。金刚石承托部的直径比金刚石籽晶的对角线长度大5mm。当金刚石籽晶每长高0.5mm时，将金刚石基板台下降同样的距离，保持金刚石生长面与钼环顶部间距不变。当籽晶生长厚度为0.5mm时，取出样品并割除周围多晶以及底部晶种，保留新生长的金刚石厚度0.5mm作为新的籽晶，再将新籽晶放于金刚石承托部上重复生长。对新生长的金刚石籽晶进行抛光、酸洗和水洗后再放于金刚石承托部上继续生长，获得11*11mm金刚石籽晶，生长纹均匀，无明显晶界等缺陷。
[0033]
实施例2
[0034]
一种扩大金刚石籽晶面积的沉积部，包括冷却单元1、基板台2和钼环3；所述基板台2设于所述冷却单元1上；所述基板台2包括底座21和位于所述底座上的金刚石承托部22，所述金刚石承托部22为柱状，并被设置为适于在所述钼环3的环孔内上下活动；所述冷却单元1和所述基板台2可升降，用于调整放于所述金刚石承托部22上金刚石籽晶的上平面与钼环顶面的高度差(记为h)。所述金刚石承托部22为圆柱形，所述金刚石承托部22的直径小于所述钼环3的开槽直径。所述金刚石承托部22的直径与所述钼环3的开槽直径的差为1.0mm。还包括用于支撑所述钼环3的支撑部4，所述支撑部4设于所述钼环3的下方。
[0035]
一种扩大金刚石籽晶面积的方法，包括如下步骤：将5*5mm金刚石籽晶5放于该沉积部的金刚石承托部上，在生长过程中，保持金刚石籽晶的上平面低于钼环顶面，金刚石籽晶的上平面与钼环顶面的高度差为1.0mm。金刚石承托部直径比金刚石籽晶的对角线长度大15mm。当金刚石籽晶每长高0.01mm时，将金刚石基板台下降同样的距离，保持金刚石生长面与钼环顶部间距不变。当籽晶生长厚度为1.5mm时，取出样品并割除周围多晶以及底部晶种，保留新生长的金刚石厚度0.1mm作为新的籽晶，再将新籽晶放于金刚石承托部上重复生长。对新生长的金刚石籽晶进行抛光、酸洗和水洗后再放于金刚石承托部上继续生长，获得7*7mm金刚石籽晶，生长纹均匀，无明显晶界等缺陷。
[0036]
实施例3
[0037]
一种扩大金刚石籽晶面积的沉积部，包括冷却单元1、基板台2和钼环3；所述基板台2设于所述冷却单元1上；所述基板台2包括底座21和位于所述底座上的金刚石承托部22，所述金刚石承托部22为柱状，并被设置为适于在所述钼环3的环孔内上下活动；所述冷却单元1和所述基板台2可升降，用于调整放于所述金刚石承托部22上金刚石籽晶的上平面与钼环顶面的高度差(记为h)。所述金刚石承托部22为圆柱形，所述金刚石承托部22的直径小于所述钼环3的开槽直径。所述金刚石承托部22的直径与所述钼环3的开槽直径的差为10mm。还包括用于支撑所述钼环3的支撑部4，所述支撑部4设于所述钼环3的下方。
[0038]
一种扩大金刚石籽晶面积的方法，包括如下步骤：将13*13mm金刚石籽晶放于该沉积部的金刚石承托部上，在生长过程中，保持金刚石籽晶的上平面低于钼环顶面，金刚石籽
晶的上平面与钼环顶面的高度差为4mm。金刚石承托部的直径比金刚石籽晶的对角线长度大1mm。当金刚石籽晶每长高0.3mm时，将金刚石基板台下降同样的距离，保持金刚石生长面与钼环顶部间距不变。当籽晶生长厚度为2mm时，取出样品并割除周围多晶以及底部晶种，保留新生长的金刚石厚度0.2mm作为新的籽晶，再将新籽晶放于金刚石承托部上重复生长。对新生长的金刚石籽晶进行抛光、酸洗和水洗后再放于金刚石承托部继续生长，获得13.6*13.6mm金刚石籽晶，生长纹均匀，无明显晶界等缺陷。
[0039]
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0040]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。