[发明专利]金刚石单晶生长装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶体合成技术领域，具体涉及一种金刚石单晶生长装置及方法。

背景技术

金刚石单晶具有优异的物理化学性能，在机械、电子、珠宝等领域具有重要的应用价值。为了实现这些应用，必须能够高效地制备出大面积、高厚度、高品质的金刚石单晶。

在各种化学气相沉积方法中，微波法以其等离子体功率密度高、无电极放电污染、性能稳定等特性成为制备高品质金刚石单晶的首选方法。

然而微波“边缘效应”导致金刚石籽晶边缘吸引等离子体，边缘温度高，生长快，容易生长多晶。为了避免出现上述问题，一般要在基台(如钼片)上加工一个孔，把金刚石籽晶放入孔内，孔的侧壁对金刚石籽晶的边缘进行遮挡，现有技术中在沉积台增加隔热丝和在基片加工方槽的方法来避免金刚石籽晶边缘过热，但是这种结构的主要问题是基片上也会生长金刚石，而且随着生长厚度的增加，加工的方槽边缘由于生长金刚石多晶的横向发育而越来越小，挤占金刚石单晶的生长空间，从而不得不停下来清理，导致金刚石单晶一次生长厚度在1mm以下。现有技术中无法有效地解决金刚石单晶生长质量差、一次生长不了太厚的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种金刚石单晶生长装置及方法，可以解决现有技术中无法有效地保障金刚石单晶生长质量差、一次生长不了太厚的问题。

本发明实施例提供一种金刚石单晶生长装置，包括：

沉积台和可升降中心柱；

所述沉积台上设有沉积台孔，所述可升降中心柱上设有与所述沉积台孔配合的孔柱，所述孔柱设置在所述沉积台孔中。

可选的，所述金刚石单晶生长装置，还包括：第一传动机构和电机；

所述第一传动机构包括涡轮和蜗杆，所述涡轮与所述沉积台连接，所述蜗杆与所述可升降中心柱连接；

所述电机的输出轴与涡轮连接，用于驱动所述涡轮。

可选的，所述金刚石单晶生长装置，还包括：

第二传动机构和旋转手轮；

所述第二传动机构包括丝母和丝杠，所述丝母与所述可升降中心柱固定连接，所述丝杠通过轴承与所述丝母连接；

所述旋转手轮与所述丝杠连接，用于驱动所述丝杠。

可选的，所述沉积台孔与孔柱配合间隙在0.5mm和1.0mm之间；

所述沉积台和可升降中心柱的材料为紫铜或者不锈钢。

可选的，所述沉积台孔为圆形孔或者方形孔，与所述沉积台孔配合的孔柱为对应的圆形柱或者方形柱。

本发明实施例提供一种基于上述任一项所述的金刚石单晶生长装置的金刚石单晶生长方法，其特征在于，包括：

将金刚石籽晶放置于可升降中心柱的孔柱上，通过采用微波等离子体化学气相沉积法进行金刚石单晶生长；

调节所述可升降中心柱，使所述金刚石籽晶上表面与沉积台上表面之间的垂直距离保持在预设范围内。

可选的，置于孔柱上的金刚石籽晶与所述沉积台孔的内壁间距在第一阈值和第二阈值之间；

所述预设范围内为第三阈值和第四阈值之间。

可选的，所述第一阈值为1.0mm；所述第二阈值为1.5mm；所述第三阈值为0.2mm；所述第四阈值为4.5mm。

可选的，调节所述可升降中心柱，使所述金刚石籽晶上表面与沉积台上表面之间的垂直距离保持在预设范围内，包括：

在金刚石单晶生长时，每隔第一阈值时间将所述可升降中心柱下调，下调距离在第六阈值与第三阈值之间。

可选的，在每隔第一阈值时间将所述可升降中心柱下调之前，还包括：

根据金刚石单晶生长速率来调整并确定第一阈值时间；

其中，第六阈值为0.1mm。

本发明实施例采用的技术方案与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例设置沉积台和可升降中心柱，所述可升降中心柱用于上下移动使金刚石单晶可以生长到预设的厚度，所述沉积台上设有沉积台孔，所述可升降中心柱上设有与所述沉积台孔配合的孔柱，所述孔柱的上表面用于放置金刚石籽晶，所述沉积台孔用于抑制金刚石籽晶边缘过热，避免金刚石多晶的产生，有效的保障金刚石单晶的生长空间，所述孔柱套设在所述沉积台孔中，通过调节可升降中心柱配合金刚石单晶的生长，有效地提高了金刚石单晶生长质量，解决了一次生长不了太厚的问题。

附图说明