[发明专利]一种生长高质量金刚石颗粒及金刚石薄膜的方法

说明书

一种生长高质量金刚石颗粒及金刚石薄膜的方法，本发明涉及生长金刚石颗粒及金刚石薄膜的方法。本发明要解决现有固体碳源多采用片状等固体，其存在碳源稳定性差，无法形成高品质金刚石，若采用粉状固体碳源，则会在沉积过程中吹散，且污染设备，缩短设备寿命的问题。方法：一、石墨粉装入金属槽中，压实，得到装有石墨粉的金属槽；二、将装有石墨粉的金属槽及衬底置于微波等离子化学气相沉积装置中，且衬底位于装有石墨粉的金属槽中心沉积，即完成一种生长高质量金刚石颗粒及金刚石薄膜的方法。

技术领域

本发明涉及生长金刚石颗粒及金刚石薄膜的方法。

背景技术

金刚石拥有优异的物理、化学性能，如硬度最高、化学稳定性、导热性和热稳定性好等，使得它在很多领域受到广泛的关注和应用。并且不同金刚石形态具有不同的应用价值。例如，金刚石薄膜可用作保护涂层，金刚石颗粒可用于瓷砖及光学器件的精细研磨。

目前对金刚石薄膜的制备，主要采用化学气相沉积法。采用气态碳源如CH₄、C₂H₂、CH₃OH、C₂H₅OH、CH₃COCH₃、CH₃COOH，在氢气的激发作用下，在基体表面制备金刚石薄膜。而气态碳源法在碳源浓度较高时，极易污染化学气相沉积设备的腔体，对今后的制备造成影响，并且缩短设备的使用寿命。

相反，利用固态碳源，如石墨在氢等离子体的刻蚀作用下，可以得到相似的碳氢自由基，并且这些等离子体只存在于衬底上方，不会充满整个设备腔体内，因此即可以制备出高品质的金刚石，又不会污染设备。但现有固体碳源多采用片状等固体，其存在碳源稳定性差，稳定性在5h内急剧下降，无法形成高品质金刚石，若采用粉状固体碳源，则会在沉积过程中吹散，且污染设备，缩短设备寿命。

发明内容

本发明要解决现有固体碳源多采用片状等固体，其存在碳源稳定性差，无法形成高品质金刚石，若采用粉状固体碳源，则会在沉积过程中吹散，且污染设备，缩短设备寿命的问题，而提供一种生长高质量金刚石颗粒及金刚石薄膜的方法。

一种生长高质量金刚石颗粒及金刚石薄膜的方法是按以下步骤进行：

一、石墨粉装入金属槽中，压实，得到装有石墨粉的金属槽；

所述的金属槽为纵剖面为矩形的金属圆环，金属圆环内表面和外表面之间设有环形盲槽，环形盲槽的外径D为30mm～50mm，环形盲槽的内径d为4.5mm～20mm，环形盲槽深为1mm～5mm，环形盲槽的外表面与金属圆环的外表面形成的壁厚H为0.5mm～5mm，环形盲槽的内表面与金属圆环的内表面形成的壁厚h为0.5mm～5mm，H＝h；

所述的石墨粉的粒径为100nm～145μm；所述的金属槽的材质为钼或钛；

二、将装有石墨粉的金属槽及衬底置于微波等离子化学气相沉积装置中，且衬底位于装有石墨粉的金属槽中心，然后在氢气流速为10sccm～800sccm、衬底温度为200℃～1200℃、石墨粉温度为900℃～1800℃、压强为50mbar～500mbar及微波功率为1800W～6000W的条件下，沉积10min～72h，即完成一种生长高质量金刚石颗粒及金刚石薄膜的方法。

本发明所述的金属槽的高度为2mm～6mm。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种既能保证稳定碳源供应，生长高质量金刚石，又可以将碳氢自由基只集中在衬底附近，不充满整个设备，最大程度上减少对设备的污染及损害的方法。