[发明专利]一种单晶金刚石制备装置以及方法

权利要求书

1.一种单晶金刚石制备装置，包括用于进行等离子体气相沉积的反应腔，其特征在于，所述单晶金刚石制备装置还包括与所述反应腔连通的第一进气通道和第二进气通道以及设于所述第二进气通道进气路径上的掺杂装置，所述掺杂装置用于盛放水溶液，反应气体通过所述第二进气通道进入所述反应腔之前，先经过所述掺杂装置，从而将水蒸气带入所述反应腔。

2.根据权利要求1所述的单晶金刚石制备装置，其特征在于，所述掺杂装置包括密闭的容器、进气管以及出气管，所述容器内适于盛放水溶液，所述进气管一端延伸进入所述容器的水面以下，所述出气管一端处于所述容器的水面上方，所述进气管和所述出气管的另一端分别与所述第二进气通道连通。

3.根据权利要求1所述的单晶金刚石制备装置，其特征在于，所述第二进气通道的路径上还设有添加剂管道，所述添加剂管道设于所述掺杂装置与所述反应腔之间，以使得混合有水蒸气的气体经过所述添加剂管道后，进入所述反应腔，所述添加剂管道内填充有可溶于水的掺杂物质。

4.根据权利要求3所述的单晶金刚石制备装置，其特征在于，所述单晶金刚石制备装置还包括微波发生器、波导管、样品台、冷却装置以及抽气装置，所述微波发生器用于产生微波，微波经过所述导波管进入所述反应腔，所述样品台设于所述反应腔内，所述样品台用于放置基片，所述冷却装置用于对所述样品台进行冷却，所述抽气装置用于对所述反应腔抽气。

5.一种单晶金刚石制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供用于进行等离子体化学气相沉积的反应腔；

至少一种反应气体在通入所述反应腔之前经过盛有水溶液的掺杂装置，从而将水蒸气带入所述反应腔内。

6.根据权利要求5所述的单晶金刚石制备方法，其特征在于，将生长所需的碳源通入所述反应腔之前，先用氢气等离子体和氧气等离子体对设置在所述反应腔内的晶种进行表面刻蚀。

7.根据权利要求6所述的单晶金刚石制备方法，其特征在于，表面刻蚀完成后，停止向所述反应腔内通入氧气，同时向所述反应腔内通入氢气、生长所需的碳源以及氮气，进行单晶金刚石的生长。

8.根据权利要求7所述的单晶金刚石制备方法，其特征在于，在单晶金刚石生长步骤中，氢气与碳源通过第一进气通道进入所述反应腔，氮气经过所述掺杂装置后通过第二进气通道进入所述反应腔。

9.根据权利要求8所述的单晶金刚石制备方法，其特征在于，通入所述反应腔的氢气的流量为80～120sccm、氧气的流量为10～30sccm、碳源的流量为5～9sccm、氮气流量为5～15sccm。

10.根据权利要求5-9任一所述的单晶金刚石制备方法，其特征在于，反应气体经过所述掺杂装置后进入所述反应腔之前，还经过填充有碳化硼的添加剂管道，从而少量碳化硼溶于水蒸气，并随反应气体以及水蒸气进入所述反应腔。