[发明专利]一种硼掺CVD金刚石单晶颗粒的制备系统及方法

权利要求书

1.一种硼掺CVD金刚石单晶颗粒的制备系统，其特征在于：包括掺硼子系统（1）和与其相连的反应子系统（2）；所述掺硼子系统（1）包括进气装置（11）和鼓泡装置（12），所述鼓泡装置（12）安装在进气装置（11）上；所述反应子系统（2）包括真空装置（21）、布气装置（22）、冷却装置（23）以及加热装置（24），所述真空装置（21）包括真空室（211）和真空气压控制器（212），所述布气装置（22）和加热装置（24）均位于真空室（211）内，所述冷却装置（23）位于真空室（211）的下部用于冷却放置在其上的衬底（3）。

2.根据权利要求1所述的硼掺CVD金刚石单晶颗粒的制备系统，其特征在于：所述进气装置（11）包括配气管（111）、两个流量计（112）和若干个针型阀（113），所述配气管（111）一端与氢气供应装置（4）相连接，另一端包括直通支路（1111）和鼓泡支路（1112），所述两个流量计（112）分别安装在两条支路下游，两支路汇总后与所述反应子系统（2）相连。

3.根据权利要求2所述的硼掺CVD金刚石单晶颗粒的制备系统，其特征在于：所述鼓泡支路（1112）上安装鼓泡装置（12），所述鼓泡装置（12）为置于冰水混合物中的直形冷胫管。

4.根据权利要求1所述的硼掺CVD金刚石单晶颗粒的制备系统，其特征在于：所述进气装置（11）还包括用于防止溶液倒流的防倒瓶（13），所述防倒瓶（13）位于鼓泡装置（12）的上游，且鼓泡装置（12）和防倒瓶（13）之间形成循环通路。

5.根据权利要求1所述的硼掺CVD金刚石单晶颗粒的制备系统，其特征在于：所述真空室（211）为含有夹层结构的双层不锈钢钟罩钟，所述布气装置（22）为与进气装置（11）相连的花洒形出气喷头，所述冷却装置（23）为水冷工作台，其包括水冷室（231）、设置在工作台面的用于承拖衬底（3）的石墨板（232）、与台面相连的工作台主轴组件（233）以及设置在水冷室（231）下端的进水口（234）和上端的出水口（235）；所述加热装置（24）为串连的热丝（241）和耐高温弹簧（242）组成，用于对布气装置（22）喷洒下的气体加热。

6.根据权利要求1或5所述的硼掺CVD金刚石单晶颗粒的制备系统，其特征在于：还包括用于对作台主轴组件（232）供电的直流偏压电源（25）以及用于对加热装置（24）供电的热丝电源（26）。

7.一种硼掺CVD金刚石单晶颗粒的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：反应气体配制：将丙酮与硼酸三甲酯按硼碳摩尔比率为500ppm～5000ppm进行混合后保存在直形冷胫管中；

S2：将步骤S1中盛有丙酮与硼酸三甲酯混合液的直形冷胫管中接入进气装置（11）的鼓泡支路（1112）上；同时将播种了金刚石籽晶的衬底（3）放置于水冷工作台面的石墨板上，并将不锈钢钟罩钟内抽真空；

S3：进气：打开氢气供应装置（4）的开关阀和进气装置（11）气路上的针型阀（113），氢气作为载气，先进入鼓泡装置（12）的直形冷胫管中鼓泡，并将丙酮与硼酸三甲脂混合溶液以蒸汽形式带出，再经流量计（112）、针型阀（113）与直通支路（1111）中的氢气汇合后，进入反应子系统（2）的布气装置（22）；

S4：气体加热：将热丝（241）加热到1800℃～2400℃，对布气装置（22）喷洒下的混合气体加热，使其分解；

S5：金刚石沉积：步骤S4中的混合气体加热后，碳源分解成原子H，CH3，C2H2等基团，其中含碳的活性基团在原子氢的作用下逐步沉淀在播种了金刚石籽晶的衬底上，逐步合成金刚石。

8.根据权利要求7所述的硼掺CVD金刚石单晶颗粒的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述的衬底（3）为镜面抛光硅片。

9.根据权利要求7或8所述的硼掺CVD金刚石单晶颗粒的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述的衬底（3）上每平方厘米的金刚石籽晶的播种密度为0～1.4×10⁵。

10.根据权利要求7所述的硼掺CVD金刚石单晶颗粒的制备方法，其特征在于：步骤S5中所述的沉积时间为2～4个小时。