单晶碳的制作方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种单晶碳的制作方法及系统，涉及金刚石的制作方法【技术领域】。包括以下步骤：1）将碳源加热，产生含有高温碳原子的气体，然后将上述气体使用冷却装置进行冷却；2）将冷却后含有碳原子的气体进行干燥和去杂质处理，得到只含有碳原子的气体；3）将经过步骤2）处理后的气体经过电场进行加速，并通过磁场将加速后的碳原子定向发射至靶，所述靶使用单晶硅制作，且靶周围温度能够使碳原子与其结晶。使用所述方法能够制造大颗粒的单晶碳，降低了相关产品的制造成本。
【专利说明】单晶碳的制作方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及金刚石的制作方法【技术领域】，尤其涉及一种单晶碳的制作方法及系统。
【背景技术】
[0002]单晶碳是碳原子有规则排列形成的晶体，自然界存在的金刚石，是由多个单晶碳组成，所以金刚石也不完全是单晶碳。单晶碳除了可以做装饰品外，工业上还可以用于芯片的制造，对于提高运算速度，降低成本，具有很大的意义。目前全世界范围还没有真正制造出大颗粒的单晶碳，细小的单晶碳，可以通过高温高压的方式，或者气相沉淀的方式制备，用于磨料使用，但是真正的可以制作大颗粒单晶碳的工艺目前还没有出现。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种单晶碳的制作方法及系统，所述方法能够制造大颗粒的单晶碳，降低了相关产品的制造成本。
[0004]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是:一种单晶碳的制作方法，其特征在于包括以下步骤:
1)将碳源加热，产生含有高温碳原子的气体，然后将上述气体使用冷却装置进行冷
却；
2)将冷却后含有碳原子的气体进行干燥和去杂质处理，得到只含有碳原子的气体；
3)将经过步骤2)处理后的气体经过电场进行加速，并通过磁场将加速后的碳原子定向发射至靶，所述靶使用单晶硅制作，且靶周围温度能够使碳原子与其结晶。
[0005]优选的，所述碳源采用煤炭。
[0006]优选的，将煤炭加热到950_1050°C，产生含有高温碳原子的气体。
[0007]优选的，使用冷却装置对步骤I)中产生的高温气体进行冷却处理，处理后的温度控制在 25°C -40°C。
[0008] 优选的，将冷却后含有碳原子的气体依次通过无水氯化钙和金属钠干燥器除去杂质，得到只含有碳原子的气体。
[0009]优选的，所述电场为1-10千伏直流可变电场。
[0010]优选的，加速后碳原子的速度控制在0.45-0.55m/s。
[0011]优选的，靶周围的温度在600-700°C之间。
[0012]一种单晶碳的制作系统，其特征在于:包括汽化室、冷却器、干燥器、过滤器、加速器和靶，所述汽化室上设有加热设备，加热后的蒸汽依次经冷却器、干燥器和过滤器发送给电场和磁场进行加速和定向处理，加速后的粒子被定向的发射到靶，靶的外周设有加热设备。
[0013]优选的，所述靶放置在密闭容器中，且密闭容器外设有与密闭容器相连通的抽真
空装置。[0014]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明使用气态的碳原子，通过电场作用，定向的发射集中到靶上，控制碳原子的运动速度，调整靶周围的温度，制造一种有利于碳原子成长的环境，从而碳原子在可以控制的条件下稳定增长，形成大颗粒的单晶碳，降低了相关广品制造的成本，提闻了相关广品的发展速度。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0016]图1是本发明的工艺流程图；
图2是本发明系统的原理框图；
其中:1、汽化室2、冷却器3、干燥器4、过滤器5、靶6、电场和磁场7、密闭容器8、
抽真空装置。
【具体实施方式】
[0017]通过对现有的单晶碳的制作方法研究发现，在现有技术中一般都使用高温、高压的方式，或者气相沉淀的方式制备单晶碳，但是制造出的单晶碳的颗粒一般都较小，使用范围较小且不适 合用于芯片的制造和使用。
[0018]基于以上所述，本发明提供了以下技术方案解决现有技术中存在的技术问题: 一种单晶碳的制作方法，包括以下步骤:1)将碳源加热，产生含有高温碳原子的气体，
然后将上述气体使用冷却装置进行冷却；2)将冷却后含有碳原子的气体进行干燥和去杂质处理，得到只含有碳原子的气体；3)将经过步骤2)处理后的气体经过电场进行加速，并通过磁场将加速后的碳原子定向发射至靶，所述靶使用单晶硅制作，且靶周围温度能够使碳原子与其结晶。
[0019]与所述方法相对应的具有一套系统，所述系统包括汽化室1、冷却器2、干燥器3、过滤器4和靶5，所述汽化室I上设有加热设备，加热后的蒸汽依次经冷却器2、干燥器3和过滤器4发送给电场和磁场6进行加速和定向处理,加速后的粒子被定向的发射到祀5,革巴5的外周设有加热设备。
[0020]以上是本申请的核心思想，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0021]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0022]下面通过具体实施例进行说明。
[0023]实施例一
如图1所示，一种单晶碳的制作方法，包括以下步骤:1)碳源制备:碳源使用煤炭，加热到950度产生高温的碳原子，然后经过冷却器冷却，使气态碳原子温度为25°C;2)碳原子提纯:碳源产生的碳，含有微量水分子和二氧化碳一氧化碳等杂质，将上述冷却后的气体依次通过无水氯化钙和金属钠干燥器，去除杂质，得到纯洁的碳原子；3)碳原子定向加速:在密闭的容器中，建立I千伏的单向电场，通过导向器使碳原子能够定向的发射至靶，加速后碳原子的速度控制在0.45m/s ;4)生长:用单晶硅做靶，靶周围的温度控制在600°C，聚集过来的碳原子在单晶硅上面结晶成长；5)结晶:经过48小时的成长，合成出一克拉左右的单晶碳。
[0024]与上述方法相对应的，如图2所示，所述系统包括汽化室1、冷却器2、干燥器3、过滤器4和靶5，所述汽化室I上设有加热设备，加热后的蒸汽依次经冷却器2、干燥器3和过滤器4发送给电场和磁场6进行加速和定向处理,加速后的粒子被定向的发射到祀5,革巴5的外周设有加热设备。所述靶5放置在密闭容器7中，且密闭容器7外设有与密闭容器相连通的抽真空装置8。
[0025]实施例二 一种单晶碳的制作方法，包括以下步骤:1)碳源制备:碳源使用煤炭，加热到1050°C产生高温的碳原子，然后经过冷却器冷却，使气态碳原子温度为40°C ；2)碳原子提纯:碳源产生的碳，含有微量水分子和二氧化碳一氧化碳等杂质，将上述冷却后的气体依次通过无水氯化钙和金属钠干燥器，去除杂质，得到纯洁的碳原子；3)碳原子定向加速:在密闭的容器中，建立10千伏的单向电场，通过导向器使碳原子能够定向的发射至靶，加速后碳原子的速度控制在0.55m/s ;4)生长:用单晶硅做靶，靶周围的温度控制在700°C，聚集过来的碳原子在单晶硅上面结晶成长；5)结晶:经过100小时的成长，合成出1.5克拉左右的单晶碳。
[0026]在本实施例中系统的组成不变。
[0027]1-10千伏直流可变电场的作用:可变电场与外加磁场配合，通过改变电场外加电压和磁场强度，共同加速碳原子，同时保证其定向运动；使得所有的碳原子经过电磁场的加速，形成一种稳定的指向靶心方向的平移；调整原子的移动速度，保持在靶心位置的碳原子有适合结晶的原子密度。
[0028]综上所述，本发明使用气态的碳原子，通过电场作用，定向的发射到靶心，控制碳原子的运动速度，调整靶周围的温度，制造一种有利于碳原子成长的环境，从而碳原子在可以控制的条件下稳定增长，结晶形成大颗粒的单晶碳。
【权利要求】
1.一种单晶碳的制作方法，其特征在于包括以下步骤: 1)将碳源加热，产生含有高温碳原子的气体，然后将上述气体使用冷却装置进行冷却； 2)将冷却后含有碳原子的气体进行干燥和去杂质处理，得到只含有碳原子的气体； 3)将经过步骤2)处理后的气体经过电场进行加速，并通过磁场将加速后的碳原子定向发射至靶，所述靶使用单晶硅制作，且靶周围温度能够使碳原子与其结晶。
2.根据权利要求1所述的单晶碳的制作方法，其特征在于:所述碳源采用煤炭。
3.根据权利要求2所述的单晶碳的制作方法，其特征在于:将煤炭加热到950-1050°C，产生含有高温碳原子的气体。
4.根据权利要求3所述的单晶碳的制作方法，其特征在于:使用冷却装置对步骤I)中产生的高温气体进行冷却处理，处理后的温度控制在25°C -40°C。
5.根据权利要求1所述的单晶碳的制作方法，其特征在于:将冷却后含有碳原子的气体依次通过无水氯化钙和金属钠干燥器除去杂质，得到只含有碳原子的气体。
6.根据权利要求1所述的单晶碳的制作方法，其特征在于:所述电场为1-10千伏直流可变电场。
7.根据权利要求6所述的单晶碳的制作方法，其特征在于:加速后碳原子的速度控制在 0.45-0.55m/s。
8.根据权利要求1所述的单晶碳的制作方法，其特征在于:靶周围的温度在600-700°C之间。
9.一种单晶碳的制作系统，其特征在于:包括汽化室(1)、冷却器(2)、干燥器(3)、过滤器(4)和靶(5)，所述汽化室(1)上设有加热设备，加热后的蒸汽依次经冷却器(2)、干燥器(3 )和过滤器(4 )发送给电场和磁场(6 )进行加速和定向处理，加速后的粒子被定向的发射到靶(5)，靶(5)的外周设有加热设备。
10.根据权利要求9所述的单晶碳的制作系统，其特征在于:所述靶(5)放置在密闭容器(7)中，且密闭容器(7)外设有与密闭容器相连通的抽真空装置(8)。
【文档编号】C30B29/04GK103898604SQ201410094199
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2014年3月14日
【发明者】张志东 申请人:张志东