[发明专利]一种大直径金刚石片的制备装置及其制备方法

说明书

本发明涉及晶体合成技术领域，尤指一种大直径金刚石片的制备装置及其制备方法，该装置包括包括壳体、直径检测单元、升降式旋转支架和掩膜单元，壳体通过狭缝隔板分成上腔室和下腔室，上腔室内设有微波等离子体；本发明的方法通过升降式旋转支架带动金刚石圆片转动及升降，金刚石圆片一部分穿过狭缝隔板暴露在微波等离子体中，掩膜单元在金刚石圆片上涂布掩膜，抑制金刚石圆片的轴向生长，使得金刚石圆片只沿着径向旋转生长，从而生长出大直径金刚石圆片；并且根据直径检测单元的反馈，随着金刚石圆片直径生长变大，升降式旋转支架逐步降低，维持金刚石圆片的顶部高度不变，以便在微波等离子体下形成稳定的生长环境。

技术领域

本发明涉及晶体合成技术领域，尤指一种采用微波等离子体化学气相沉积法生长大直径金刚石片的制备装置及其制备方法。

背景技术

单晶金刚石具有优异的物理化学性能，尤其是在光学窗口、散热以及电子器件等领域具有重要的应用价值，为了拓展这些应用，需要制备出大面积金刚石片。在各种金刚石制备方法中，微波等离子体化学气相沉积法以其等离子体功率密度高、无电极放电污染和性能稳定等特性成为制备高品质金刚石的首选方法。当前方法生产大面积单晶金刚石的工艺过程中，普遍采用将金刚石籽晶固定在沉积台上，采用马赛克拼接，通过冷却沉积台对籽晶进行温度控制，在籽晶向着等离子体的一面进行单向生长，然后采用离子注入将单晶一层层剥离。由于马赛克拼接需要选取晶向一致的籽晶，拼接难度大，生长后又要采用离子注入剥离，设备昂贵，剥离难度大。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种大直径金刚石片的制备装置及其制备方法，可以直接生长出大直径圆片单晶金刚石，避免了目前大面积单晶金刚石制备过程中的拼接生长以及切割、剥离工艺步骤。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种大直径金刚石片的制备装置及其制备方法；

其中，一种大直径金刚石片的制备装置，包括：

壳体，内部设有狭缝隔板，所述壳体内设有微波等离子体；

狭缝隔板，该狭缝隔板将壳体分成上腔室和下腔室，所述微波等离子体设置在所述上腔室中；所述狭缝隔板设有至少一个可供金刚石圆片穿过的通孔；

直径检测单元，设置于所述下腔室，用于检测金刚石圆片的直径；

升降式旋转支架，设置于所述下腔室，用于金刚石圆片的固定，并根据所述直径检测单元的检测结果调整金刚石圆片的位置高度；及

掩膜单元，设置于所述下腔室，用于金刚石圆片的涂布掩膜，并与金刚石圆片联动。

作为一种优选方案，所述升降式旋转支架包括升降杆装置、旋转电机和旋转轴，所述旋转电机安装在所述升降杆装置的顶端，所述旋转轴与所述旋转电机驱动连接。

作为一种优选方案，所述旋转轴的内部装设水冷套。

作为一种优选方案，所述旋转轴设有用于金刚石圆片固定的安装位，所述安装位的数量为至少一个。

作为一种优选方案，所述掩膜单元包括第一移动装置和至少一组石墨掩膜组，所述石墨掩膜组和所述第一移动装置驱动连接，所述第一移动装置驱动所述石墨掩膜组沿径向上与金刚石圆片联动。

作为一种优选方案，所述石墨掩膜组包括两个石墨棒和两个弹簧，两个石墨棒对称夹持在金刚石圆片两侧，所述石墨棒通过弹簧与所述第一移动装置连接。

作为一种优选方案，所述直径检测单元包括第二移动装置和直径探头，所述直径探头和所述第二移动装置驱动连接，所述第二移动装置驱动所述直径探头沿径向上与金刚石圆片联动。

其中，一种大直径金刚石片的制备方法，其包括如下步骤：

步骤一、将金刚石圆片籽晶粘夹在升降式旋转支架上，同时将金刚石圆片籽晶的边缘通过狭缝隔板的通孔进入到上腔室中；