[发明专利]一种光学级金刚石晶片的制备方法

说明书

本发明属于材料生长技术，具体的涉及一种光学级金刚石晶片的制备方法。包括如下步骤：采用金属钼为基底，然后在金属钼上旋涂金刚石籽晶，最终将旋涂过金刚石籽晶的金属钼放入微波等离子体化学气相沉积设备中进行生长。发明的有益效果是：本发明通过使用具有凹槽的金属钼使得旋涂籽晶更容易附着、生长的金刚石与衬底结合更加紧密。使用不同晶粒尺寸的籽晶，分多次进行籽晶旋涂，得到的籽晶分布均匀，有利于金刚石的均匀生长，减小所得到金刚石中的晶界，因此更容易得到光学级金刚石。生长条件控制在一定范围是得到光学级金刚石的必要条件，调控好生长过程中的温度、压强、微波功率及甲烷浓度等条件，对生长高品质光学级金刚石非常重要。

技术领域

本发明属于材料生长技术，具体的涉及一种光学级金刚石晶片的制备方法。

背景技术

金刚石作为宽带隙半导体材料具有许多优异的性能。金刚石具有较好的化学稳定性，且具有较大的禁带宽度（5.5 ev）、低的介电常数、高的击穿电压、高的电子空穴迁移率和高的热导率以及优越的抗辐射性能。金刚石从紫外波段到微波波段，除去4～6μm的位置存在微小的本征吸收峰外，不存在明显的吸收峰，以及超高的硬度、弹性模量和热导率等性质，被认为是最理想的光学窗口材料。为了与工具级金刚石进行区分，1995年在ADC’95会议上提出了光学级金刚石。光学级金刚石是指经过抛光后，颜色为无色透明，拉曼测试不含有金刚石特征峰以外的其他杂峰。光学级金刚石在军事及民用领域都有着不可替代的应用，如高速飞行器、超音速飞行器、雷达、粒子辐射探测器以及大功率电子器件等。单晶金刚石的尺寸因受到衬底尺寸限制，很难得到大面积的单晶金刚石，因此限制了金刚石在这些领域的应用。然而多晶金刚石可以在不同衬底上异质生长，可以弥补单晶金刚石在这方面的空缺。但是多晶金刚石内部存在晶界，并且杂质含量相对单晶金刚石要高，因此要拓展多晶金刚石在这些方面的应用，最重要的是要提高生长品质并且较少杂质含量。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明提供了一种光学级金刚石晶片的制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案： 一种光学级金刚石晶片的制备方法，包括如下步骤：

采用金属钼为基底，然后在金属钼上旋涂金刚石籽晶，最终将旋涂过金刚石籽晶的金属钼放入微波等离子体化学气相沉积设备中进行生长。

优选的所述金属钼表面刻有凹槽。

优选的所述金属钼为2英寸，表面刻出宽度为80-120μm的同心圆凹槽。

优选的所述金刚石籽晶经过酒精或者去离子水处理，然后经过超声处理。

优选的在金属钼上旋涂不同尺寸范围的金刚石籽晶。

优选的所述金刚石籽晶分为较大粒径和较小粒径，旋涂机先将较大粒径的金刚石籽晶旋涂在金属钼上，并使得旋涂的次数不小于一次，然后在旋涂过较大粒径的金刚石籽晶的金属钼上旋涂较小粒径的籽晶。

优选的使用的金刚石籽晶的晶粒尺寸分别为300-500 nm以及20-30 nm。

优选的生长金刚石的方法为微波等离子体化学气相沉积法。

优选的所述的光学级金刚石晶片的制备方法，生长条件如下：

甲烷浓度为2%-5%，温度为850℃-880℃，腔体压力为120-150 mbar，微波功率为3000W-5500 W。

优选的旋涂籽晶按照以下步骤实施：

1）将粒径在300-500 nm范围的金刚石籽晶分散到酒精或者去离子水中，超声处理30分钟得到处理后的金刚石籽晶A；

2）将粒径在20-30nm范围的金刚石籽晶分散到酒精或者去离子水中，超声处理30分钟，得到处理后的金刚石籽晶B；