[实用新型]一种金刚石单晶人工生长装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于人工生长金刚石单晶的装置，属于金刚石单晶生长技术领域。

背景技术

Ⅱb型金刚石是目前自然界已发现的最优的半导体材料，它的高导热系数、高电子和空穴 迁移率、高介电击穿场、低介电损耗和宽带隙，是其它任何材料所不能比拟的。自然存在的具 有半导体性质的Ⅱb型金刚石非常稀有，以至于已公开的研究、技术或方法都是将自然存在相对 数量较大的或人工生长的Ⅱa型金刚石作为衬底材料，进行半导体晶片加工，所述的半导体晶 片加工是指电子束照射、步进器，硅或其它常用半导体的微结构中采用的其它此类技术。

中国专利文献CN1840472B公开的《金刚石单晶衬底的制造方法和金刚石单晶衬底》， 是将HTHP方法生长的厘米级金刚石单晶机械加工后，按晶面和角度拼接以作为具有较大表面 积的金刚石种衬底，在金刚石种衬底上通过化学气相沉积法外延生长具有较大表面积的金 刚石晶体，并将其作为衬底材料进行半导体晶片加工。日本专利文献11-1392A公开的方法中半 导体金刚石的制造是由低折射率平面组成的金刚石单晶制作大表面积的金刚石衬底，通过 化学气相沉积在该平面上同相外延生长金刚石，作为金刚石半导体的衬底材料。日本专利文献 3-75298A公开的方法是通过处理具有基本上相互同相的晶体取向的许多高压相物质，形成 其具有化学气相生长的晶核作用的衬底，并通过化学气相沉积在衬底上生长单晶，从而得到大 单晶。上述方法是基于人工HTHP方法生长的Ⅱa型金刚石单晶仅有厘米级，以其作为衬底很难 采用为直径数英寸的晶片设计的加工装置，以及难以克服后续的抗光蚀层涂覆步骤的外围步骤 中遇到的困难。

上述CN1840472B公开的《金刚石单晶衬底的制造方法和金刚石单晶衬底》中描述的方 法虽然克服了两个日本专利文献所述方法中的一些缺陷，但其指导思想和半导体金刚石的制 备原理是一致的，都是先将多个较小表面积的单晶加工后拼接成具有较大表面积的晶体，以此 作为种衬底，再利用化学气相沉积法在该种衬底上生长出较大表面积的金刚石晶体为衬底，进 行金刚石半导体晶片加工。采用上述化学气相沉积法(CVD法)在金刚石晶体种衬底上生长具有 较大表面积的金刚石晶体，并以此金刚石晶体为衬底进行金刚石半导体晶片加工，虽然能够适 合现有的半导体晶片的加工装置，但在CVD法生长金刚石晶体时具有较大的困难。

(1)已公知的技术表明金刚石单晶各个晶面在相同的温度、压力条件下的生长速度是 不一致的，晶体的{100}面、{110}面、{111}面均具有最优的生长条件，在同一生长室内，极难分 别做到适应各个晶面具有相同生长速度的不同的生长环境，上述情况CN1840472B公开的《金刚 石单晶衬底的制造方法和金刚石单晶衬底》在具体实施方式中已经提到过，为解决相同条件下 不同晶面生长速度不同、导致金刚石晶体出现缺陷，影响半导体晶片加工的问题，该专利文献对 作为种衬底的晶体的加工、拼接等提出了极为严格的条件。因此利用CVD法在金刚石晶体 种衬底上生长金刚石晶体时易因晶面的生长速度不同而生长出多晶或晶簇，满足不了制备 金刚石半导体晶片的要求；

(2)因为上述原因，CVD法在金刚石晶体衬底上生长金刚石晶体时成品率低，生产成 本高昂。

发明内容

本实用新型针对现有金刚石单晶制备技术存在的不足，提供一种结构简单、能够生产出 粒径大于10mm的金刚石单晶人工生长装置。

本实用新型的金刚石单晶人工生长装置，采用以下技术方案：

该装置，包括导电片、导电石墨环、耐火保温套、石墨管、绝缘槽和导电石墨片；导电 石墨片和绝缘槽设置在石墨管内，导电石墨片设置在绝缘槽的开口处，两者形成金刚石单晶 生长的封闭空间，石墨管的外侧设置有耐火保温套，石墨管的上端和下端均设置有端盖，端 盖内设置有导电石墨环，端盖的外侧设置有导电片，导电石墨环的两端分别与石墨管和导电 片接触。

所述耐火保温套是在叶腊石块内套装白云石环而成。