[实用新型]一种单晶金刚石制备装置

说明书

本实用新型公开了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以及与反应腔连通的第一进气通道和第二进气通道，第二进气通道的路径上设有掺杂装置，掺杂装置用于盛放水溶液，气体通过第二进气通道进入反应腔之前，先经过掺杂装置，以在气体中混合有水蒸气。在制备单晶金刚石的过程中，使反应气体经过掺杂装置，从而将水蒸气带入到反应腔内，实验结果表明，通入水蒸气制得的金刚石颜色和纯净度比不通水蒸气更好，而且外缘处的几乎无多晶产生。

技术领域

本实用新型涉及人工合成金刚石领域，尤其涉及一种单晶金刚石制备装置。

背景技术

金刚石是世界上已知最硬的物质，莫氏硬度达到10。金刚石不仅硬度最高，还有其他一系列非常优异的性能，比如耐磨性、耐腐蚀性、热传导性、透光性、电子性能、低热胀冷缩性等等。

金刚石在工业中的应用量较大，并且对其大小尺寸和形状要求比较严格。虽然多晶金刚石能够满足大小、尺寸和形状的要求，但是很多情况下依然不能代替单晶金刚石。

当前化学气相沉积法制备金刚石主要是尺寸不够大、颜色等级达不到宝石级别、生长过程中容易因沉积不均匀导致应力不均匀，最终导致沉积出的单晶金刚石容易碎裂，或者在激光切割或表面研磨时沿着解理面产生微小的裂纹，从而导致材料的浪费。此外，使用化学气相沉积法制备单晶金刚石时，还会因为各个晶体生长速率快慢不同，导致生长时边缘位置产生多晶，甚至有时在中间位置产生多晶。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种单晶金刚石制备装置，用于制备高质量单晶金刚石。

本实用新型的目的采用如下技术方案实现：

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、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。

进一步地，所述掺杂装置包括密闭的容器、进气管以及出气管，所述密闭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。

进一步地，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，所述添加剂管道内设有可溶于水的物质。

进一步地，所述添加剂管道内填充有块状碳化硼。

进一步地，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。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

(1)在制备单晶金刚石的过程中，使反应气体经过掺杂装置，从而将水蒸气带入到反应腔内，实验结果表明，通入水蒸气制得的金刚石颜色和纯净度比不通水蒸气更好，而且外缘处的几乎无多晶产生，也即水蒸气的加入对抑制多晶的产生起到一定的作用；

(2)由于通入的反应气体中混合了水蒸气，因此在水蒸气进入反应腔之前，可以使其通过装有添加剂的管道，添加剂溶于水蒸气后，可以较为均匀地进入到反应腔内，进而掺杂入金刚石内，例如选用碳化硼作为添加剂时，可以在金刚石中掺入硼，硼的掺入有助于进一步提高金刚石的纯净等级，并且使得边缘外延更加容易。

附图说明

图1为本实用新型的单晶金刚石制备装置的一个优选实施例的示意图；