[发明专利]一种拼接生长单晶金刚石的方法及系统

说明书

本发明属于金刚石制备技术领域，公开了一种拼接生长单晶金刚石的方法及系统，将籽晶放置入等离子体CVD设备腔体中，然后抽本底真空，然后通入氢气，输入能量，产生放电，调整籽晶温度；通入甲烷(或丙酮、二氧化碳等含碳气体)气体进行生长，籽晶温度在800℃～1000℃，进行生长1小时～100小时等等。本发明采用CVD法拼接生长单晶金刚石，达到大面积生长单晶金刚石的目的，现有单晶金刚石的生长只能在原有的籽晶上进行纵向扩大，这样籽晶的尺寸直接决定了合成的尺寸，本分明采用两个尺寸相同，厚度接近的单晶金刚石片进行固定拼接，然后同时生长，获得大尺寸单晶金刚石，解决了瓶颈问题。

技术领域

本发明属于金刚石制备技术领域，尤其涉及一种拼接生长单晶金刚石的方法及系统。

背景技术

目前单晶金刚石合成受到尺寸限制，通常是采用单个天然金刚石或者人工合成的单晶金刚石薄片作为籽晶，在其原始尺寸上进行生长，由于大尺寸单晶金刚石稀有且价格昂贵，从而合成出的金刚石受到籽晶尺寸的限制，由于籽晶边缘缺陷较多且不易控制容易生长出多晶金刚石，使得获得产品的尺寸不会大于原始籽晶的尺寸，因此无法获得大尺寸的单晶金刚石。

综上所述，现有技术存在的问题是：

现有工艺只是单个籽晶表面横向生长，但该方法难度较大(需要精确控制生长参数，波动区域很小)，成本高(需要采用高配置的沉积设备实现)，且实际效果并不明显(扩大尺寸不超过1mm，且籽晶四角由于取向限制无法生长)。具体问题如下：第一；由于籽晶边缘会产生“边缘效应”引起边缘放电，从而在籽晶边缘处引发活性基团的聚集，在此原子氢无法充分刻蚀的环境下诱发非金刚石杂质和多晶结构的产生，导致多晶金刚石的扩张，最终进一步缩小单晶金刚石尺寸；第二，由于横向生长速率较慢，通常为纵向生长速率的一半，因而横向面积会随着纵向面积增加而增加，生长出的产品并非完整的块体材料，而是下窄上宽的梯形产品，经过切割和抛光后无法获得大面积产品；第三，由于晶体取向的限制，单晶金刚石生长会沿着100方向，而籽晶四角的方向均为111取向，生长过程中只会沿100方向长大，而111的四角方向均不生长单晶而是杂质缺陷，不是整体生长。综上所述，现有技术无法解决生长大尺寸单晶金刚石的根本问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种拼接生长单晶金刚石的方法及系统。本发明的作用就是为获得大尺寸单晶金刚石产品提供了思路，并获得了一定的技术突破。

本发明是这样实现的，一种拼接生长单晶金刚石的方法，所述拼接生长单晶金刚石的方法采用两个尺寸、厚度相同的单晶金刚石片进行固定，然后同时生长，获得大尺寸单晶金刚石。

进一步，所述拼接生长单晶金刚石的方法具体包括：

选取籽晶，选择2片～4片长宽、厚度一致，颜色、晶体取向相同的单晶金刚石片作为籽晶，采用真空钎焊将单晶金刚石片钎焊到表面光滑的钼片上，籽晶之间紧密连接；

籽晶清洁处理，采用丙酮、酒精液体清洗籽晶表面的有机物杂质；然后60℃烘干；

将籽晶放置入等离子体CVD设备腔体中，然后抽本底真空至1*10-4Pa，然后通入1sccm～1000sccm氢气，输入能量，产生放电，调整籽晶温度至600℃～800℃，处理1min～120min；

通入甲烷(或丙酮、二氧化碳等含碳气体)气体进行生长，籽晶温度在800℃～1000℃，进行生长1小时～100小时；

生长结束后取出金刚石片，采用激光切割进行处理，切除金刚石四周多晶，然后进行纵向分切，让外延出的大尺寸单晶片与籽晶分离，之后进行双面抛光，获得双倍尺寸的单晶金刚石外延片。

进一步，选取的籽晶为100，取向偏差0度～10度；相邻籽晶之间间距在0微米～100微米。

本发明的另一目的在于提供一种拼接生长单晶金刚石的系统。