[发明专利]用于散热应用的厚聚晶合成金刚石晶片以及微波等离子体化学气相沉积合成技术

摘要

一种制造聚晶CVD合成金刚石材料的方法，该聚晶CVD合成金刚石材料具有至少2000Wm‑1K‑1的通过其厚度的室温平均热导率，该方法包括将难熔金属基底装入CVD反应器中；在难熔金属基底的周边区域周围设置难熔金属护圈，所述难熔金属护圈限定出介于所述难熔金属基底边缘和难熔金属护圈之间的具有1.5mm到5.0mm宽度的间隙；将微波引入CVD反应器中，其功率使得按所述难熔金属基底单位面积的功率计的功率密度在2.5‑4.5W mm‑2的范围内；将工艺气体引入CVD反应器中，其中所述CVD反应器内的工艺气体包含以分子氮N2计算的在600ppb到1500ppb范围内的氮浓度、1.5‑3.0体积％的含碳气体浓度和92‑98.5体积％的氢气浓度；将所述难熔金属基底的平均温度控制在750‑950℃的范围内，并且维持所述难熔金属基底上的边缘和中心点之间的温度差不超过80℃；在所述难熔金属基底上生长聚晶CVD合成金刚石材料达到至少1.3mm的厚度；并且冷却所述聚晶CVD合成金刚石材料以产生具有至少1.3mm厚度的聚晶CVD合成金刚石材料，在所述聚晶CVD合成金刚石材料的至少中心区域上的至少2000Wm‑1K‑1的通过所述聚晶CVD合成金刚石材料厚度的室温平均热导率，其中所述中心区域是所述聚晶CVD合成金刚石材料的总面积的至少70％，在所述聚晶CVD合成金刚石材料的至少中心区域上的单取代氮浓度不超过0.80ppm，并且其中所述聚晶CVD合成金刚石材料在其至少中心区域上是基本没有裂纹的，以致于所述中心区域没有与所述聚晶CVD合成金刚石材料的两个外部主面相交且延伸长度大于2mm的裂纹。

主权项

一种制造聚晶CVD合成金刚石材料的方法，所述聚晶CVD合成金刚石材料具有至少2000Wm‑1K‑1的通过其厚度的室温平均热导率，所述方法包括：将难熔金属基底装入CVD反应器中；在难熔金属基底的周边区域周围设置难熔金属护圈，所述难熔金属护圈限定出介于所述难熔金属基底边缘和所述难熔金属护圈之间的具有1.5mm到5.0mm宽度的间隙；将微波引入CVD反应器中，其功率使得按所述难熔金属基底单位面积的功率计的功率密度在2.5‑4.5W mm‑2的范围内；将工艺气体引入CVD反应器中，其中所述CVD反应器内的工艺气体包含：以分子氮N2计算的在600ppb到1500ppb范围内的氮浓度、1.5‑3.0体积％的含碳气体浓度和92‑98.5体积％的氢气浓度；将所述难熔金属基底的平均温度控制在750‑950℃的范围内，并且维持所述难熔金属基底上的边缘和中心点之间的温度差不超过80℃；在所述难熔金属基底上生长聚晶CVD合成金刚石材料达到至少1.3mm的厚度；并且冷却所述聚晶CVD合成金刚石材料以产生具有至少1.3mm厚度的聚晶CVD合成金刚石材料，在所述聚晶CVD合成金刚石材料的至少中心区域上的至少2000Wm‑1K‑1的通过所述聚晶CVD合成金刚石材料厚度的室温平均热导率，其中所述中心区域是所述聚晶CVD合成金刚石材料的总面积的至少70％，在所述聚晶CVD合成金刚石材料的至少中心区域上的单取代氮浓度不超过0.80ppm且不小于0.10ppm，并且其中所述聚晶CVD合成金刚石材料在其至少中心区域上是基本没有裂纹，以致于所述中心区域没有与所述聚晶CVD合成金刚石材料的两个外部主面相交且延伸长度大于2mm的裂纹。