[发明专利]微波等离子体化学气相沉积中一种可旋转生长金刚石的方法

说明书

本发明公开了微波等离子体化学气相沉积中一种可旋转生长金刚石的方法，包括如下：金刚石生长过程中，金刚石在用于提供微波等离子体金刚石生长环境的腔体内持续旋转。使得金刚石在生长过程中，每一点生长条件都相同，实现了气流、温度、功率密度在金刚石生长面的均匀分布。

【技术领域】

本发明属于金刚石材料生长技术领域，尤其涉及微波等离子体化学气相沉积中一种可旋转生长金刚石的方法。

【背景技术】

众所周知，金刚石具有优异的热、电、力、光、生物稳定等性能。越来越多的人开始研究金刚石的性能，尤其是金刚石在电学领域，金刚石的禁带宽度5.5eV、击穿电压大于10MV/cm、电子迁移率为2200cm2/V﹒s、空穴迁移率1600cm2/V﹒s，另外金刚石还具有高的Johnson指数、高的Keyes指数、高的Baliga指数。因此金刚石具有巨大的应用潜力。这就要求无论如何要把金刚石外延做好。

近二十年，探索出了各种外延金刚石的方法，如热丝化学气相沉积、高温高压、微波等离子体化学气相淀积方法。这些方法中，研究最广的是微波等离子体化学气相淀积方法，因为这种方法长出来的金刚石杂质少、质量高。微波等离子体化学气相淀积工艺作为制备金刚石的主要工艺，使用2.45GHz微波源。金刚石生长工艺一般为：工作压力50-200Torr，温度800-1500℃，功率500-5800W。反应气体主要是甲烷、氢气。

目前，微波等离子体化学气相淀积设备仍然存在着缺陷。比如，金刚石表面的气流、温度、功率密度分布不均匀，这将造成金刚石生长面有的地方温度很高，而有的地方温度很低，这种状态如果持续很久，将对金刚石外延生长产生巨大的负面影响。因为气流、温度、功率密度分布不均匀，可能会导致金刚石生长面质量、应力分布不均，甚至金刚石开裂的等严重问题。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种微波等离子体化学气相沉积中一种可旋转生长金刚石的方法，使得金刚石在生长过程中，每一点生长条件都相同，实现了气流、温度、功率密度在金刚石生长面的均匀分布。

本发明采用以下技术方案：微波等离子体化学气相沉积中一种可旋转生长金刚石的方法，包括如下：金刚石生长过程中，金刚石在用于提供微波等离子体金刚石生长环境的腔体内持续旋转。

进一步地，该金刚石为水平设置，且绕竖直向中心轴360度旋转。

进一步地，该金刚石和腔体同轴。

进一步地，该腔体内设置有可旋转样品托，金刚石水平放置在可旋转样品托上，可旋转样品托带动金刚石旋转。

进一步地，该金刚石转速0-600转/分钟。

进一步地，该腔体内微波等离子体中金刚石生长环境为：腔内压力、金刚石表面温度、微波功率、引入腔内的氢气流量、引入腔内的甲烷流量分别为：50-200torr、800-1200℃、3000-5000W、500-1000sccm、25-100sccm。

本发明还公开了一种用于实现上述方法的装置，包括用于提供微波等离子体金刚石生长环境的腔体，腔体内设置有可旋转样品托，可旋转样品托用于放置金刚石，可旋转样品托可绕中心轴旋转，继而带动金刚石旋转。

进一步地，可旋转样品托为圆柱体，圆柱体的上表面为水平且用于放置金刚石；可旋转样品托为圆柱体，圆柱体的上表面开有凹槽，凹槽的底面为水平状，其内用于放置金刚石。

进一步地，还包括动力装置，动力装置与可旋转样品托相连接，并用于带动可旋转样品托旋转。

进一步地，动力装置包括：传动装置，其输出端为竖直向其与可旋转样品托同轴连接，步进电机，设置于腔体外，与传动装置的输入端相连接。