一种单晶金刚石生长用的基板台的制作方法

1.本实用新型属于单晶金刚石制备领域，更具体的，涉及一种单晶金刚石生长用的基板台。


背景技术：

2.微波化学气相沉积法（mpcvd）凭借其等离子体密度大、无电极污染等优势，目前已成为制备高品质金刚石的首选方案。在mpcvd的沉积过程中，所使用基板台的结构对金刚石的沉积速率和制备质量存在影响。
3.为提升金刚石的沉积速率，基板台一般设置为开放式，该种结构的基板台，由于微波放电的“边沿效应”，导致在沉积金刚石时，籽晶的温度从边缘到中心逐渐减小，温差甚至可高达数十度，并且随着金刚石单晶生长面与基板台的高度差增加，金刚石单晶“边沿效应”增强，最终导致制备出的金刚石表面平整度极差，应力较大，不利于高新技术应用。
4.基于开放式的基板台所带来的问题，为获得高品质金刚石，目前常使用封闭式结构的基板台，该结构在生长初期改善了等离子体的能量分布，减缓了“边沿效应”，但是随着沉积时间的增加，生长面会高出基板台，导致毛坯的生长面不平正；如果基板台的生长凹槽太深，将会导致单晶金刚石的沉积速率极慢，增加了生产成本。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种单晶金刚石生长用的基板台，该基板台结构简单、成本低、易于生产制造、可大批量制备高品质高平整度单晶金刚石。
6.为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
7.一种单晶金刚石生长用的基板台，所述基板台包括圆柱形结构或圆台形结构的基板台主体，所述基板台主体的上表面设置多个容纳籽晶的网格凹槽；
8.所述网格凹槽在基板台主体的上表面由中心至边缘方向分层排布，所述网格凹槽包括最外层的外圈网格凹槽和位于外圈网格凹槽内侧的内部网格凹槽，所述内部网格凹槽的深度比籽晶厚度小0.05~0.15mm，所述外圈网格凹槽的深度比内部网格凹槽的深度小0.05~0.2mm；
9.所述网格凹槽的底部设置有均热凹槽，所述均热凹槽的长、宽尺寸小于籽晶的长、宽尺寸。
10.优选地，均热凹槽位于网格凹槽的底部中心区域。
11.优选地，所述籽晶为正方柱状结构，所述网格凹槽为正方柱状空心结构；进一步优选地，所述网格凹槽的宽度比籽晶的宽度大0.15~0.5mm。
12.优选地，所述均热凹槽为正方柱状空心结构；进一步优选地，所述均热凹槽的深度为0.05~0.3mm，所述均热凹槽的宽度比籽晶的宽度小2~4mm。
13.优选地，所述网格凹槽均匀设置在所述基板台主体的上表面；进一步优选地，所述
网格凹槽在基板台主体的上表面呈多条线性阵列排布、多层圆周阵列排布、多层矩形阵列排布中的任一种排布方式。
14.优选地，最靠外的第一、二层或第一层为外圈网格凹槽。
15.优选地，所述外圈网格凹槽离基板台主体的边缘之间的最近距离不小于1mm。
16.优选地，相邻网格凹槽之间距离为0.2~0.5mm。
17.优选地，相邻的网格凹槽之间相互连通。考虑到金刚石生长一定时间后，基板台上会开始生长多晶金刚石，将相邻的网格凹槽连通，会使得整个基板台的各点温度差及各籽晶的温差减小。
18.本实用新型中提及的正方柱状结构为长、宽相等的长方体结构。
19.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
20.（1）本实用新型通过在基板台上设置网格凹槽，网格凹槽包括不同深度的外圈网格凹槽和内部网格凹槽，使得放置相同厚度的籽晶后，外圈网格凹槽中籽晶生长面高于内部网格凹槽中籽晶生长面，形成“封闭式基板台”，利于中心区域内部网格凹槽中生长出平整的单晶金刚石，并且由于边缘与中心区域的单晶金刚石同步生长，不会导致该高度差减小或增加太多，可一直生长出高品质金刚石，另外该结构可以减缓单晶金刚石边缘多晶金刚石的生长速率，提高单次生长厚度。
21.（2）本实用新型的基板台结构简单，易于生产制造，可大批量制备高品质、高平整度单晶金刚石，降低了生产成本，具有良好的工业应用前景。
附图说明
22.附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
23.图1为本实用新型单晶金刚石生长用的基板台的俯视结构图；
24.图2为本实用新型单晶金刚石生长用的基板台的剖面结构图；
25.图3为图2中局部放大结构图。
具体实施方式
26.为了便于理解本实用新型，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本实用新型作更全面、细致地描述，但本实用新型的保护范围并不限于以下具体的实施例。
27.除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不旨在限制本实用新型的保护范围。
28.除非另有特别说明，本实用新型中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
29.实施例1
30.如图1~3所示，本实施例提供一种单晶金刚石生长用的基板台，基板台包括圆柱形结构的基板台主体1，基板台主体1为直径50.6mm、厚度为10mm的圆柱形结构，基板台主体1的上表面均匀分布有21个正方柱状空心结构的网格凹槽2，用于对籽晶的容纳以及限位，呈现分层设置的线性阵列排列，待容纳籽晶的长宽高参数为7mm
×
7mm
×
0.3mm，每个网格凹槽
2的宽度均为7.5mm；
31.本实施例中，网格凹槽2在基板台主体1的上表面由中心至边缘方向分层排布，网格凹槽2包括外层的外圈网格凹槽和位于外圈网格凹槽内侧的内部网格凹槽，外圈网格凹槽的深度为0.1mm，内部网格凹槽的深度为0.15mm；外圈网格凹槽离基板台主体的边缘之间的最近距离为1mm。
32.本实施例中，每个网格凹槽2的底部中心设置有正方柱状空心结构的均热凹槽3，均热凹槽3的深度为0.05mm，均热凹槽3的宽度为3mm，均热凹槽3的设置可减少籽晶边缘与中心区域的温度差，使生长面平整。
33.本实施例中，相邻网格凹槽之间距离为0.2~0.5mm。且相邻的网格凹槽之间相互连通，具体在本实施例中表现为相邻网格凹槽在连接顶角处相互连通，进一步减小整个基板台的各点温度差及各籽晶的温差。
34.实施例2
35.本实施例与实施例1基本一致，不同点在于：内部网格凹槽的深度为0.20mm。
36.实施例3
37.本实施提供一种单晶金刚石的制备方法，包括以下步骤：
38.（1）挑选出高度接近的籽晶（7mm
×
7mm
×
0.3mm），高度差≤0.09mm。在显微镜中观察籽晶生长面形貌，剔除不合格籽晶。将合格籽晶用去离子水超声清洗10min，最后放进王水中进行酸洗，酸洗至籽晶表面没有气泡产生为止；
39.（2）将酸洗后的籽晶依次用去离子水、丙酮、无水乙醇超声10min，并用干燥氮气吹干。将籽晶依次按编号放到实施例1中基板台的网格凹槽中，放置完成后将基板台放进沉积腔体中。将腔体压强抽至0.8pa以下，打开氢气阀门，设定氢气流量值为500sccm，当压强升至1kpa后，开启微波，设定微波功率为600w，设定升温速度为10℃/min升温至900℃，压强升值21kpa，刻蚀1h；
40.（3）刻蚀完成后，打开甲烷阀门，设定甲烷流量值为40sccm，设定压强为21kpa，温度保持为900℃，进行低温生长12h，之后设定升温速度为10℃/min升温至1050℃，设定压强为21kpa，进行高温生长100h；
41.（4）当生长完成后，关闭甲烷阀门，停止通入甲烷，设定升温速度为5℃/min升温至1200℃，保温1h，之后以100℃为梯度，以2℃/min进行降温，并在各梯度温度保温1h，至室温，关闭微波，停止通入氢气，得单晶金刚石。
42.实施例4
43.本实施例与实施例3基本一致，不同点在于：使用实施例2中的单晶金刚石生长用基板台。
44.对实施例3和实施例4的单晶金刚石的生长过程进行检测，其结果如表1所示。说明使用本实用新型的基板台可提高金刚石生长表面平整度，减缓单晶金刚石边缘生长速率。
45.表1 速率（μm/h）生长面高度差（mm）边缘多晶实施例3100.08极少实施例48.50.05极少
46.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域
的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的包含范围之内。