CN101696515A - 金刚石单晶同质内延修复以及同质外延生长的方法 - Google Patents
金刚石单晶同质内延修复以及同质外延生长的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101696515A CN101696515A CN200910210558A CN200910210558A CN101696515A CN 101696515 A CN101696515 A CN 101696515A CN 200910210558 A CN200910210558 A CN 200910210558A CN 200910210558 A CN200910210558 A CN 200910210558A CN 101696515 A CN101696515 A CN 101696515A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- diamond
- single crystal
- diamond single
- prolong
- repair
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
一种金刚石单晶同质内延修复以及同质外延生长的方法,其特征在于所述方法包括:采用CVD化学气相沉积金刚石设备,以金刚石单晶为晶种,于700~2000℃的温度下进行气相沉积的内延修复和外延生长。该方法能够同时实现金刚石单晶的同质内延修复和同质外延生长,其可用于修复现有金刚石的内部空洞和裂纹等缺陷,去除金刚石的内部杂质和颜色,增加其透明度和洁净度,并可以在金刚石单晶外表面的各个取向上同质外延生长,得到纯净的较大尺寸金刚石单晶。该方法实现条件温和,运行成本低,可用于人造和天然金刚石单晶为晶种的修复及生长。
Description
技术领域
本发明属于金刚石气相沉积技术,具体的涉及一种用于以金刚石单晶为晶种进行金刚石修复和生长的金刚石单晶的内部缺陷的同质内延修复以及同质外延生长的方法。
背景技术
金刚石作为最被人们喜爱的珠宝装饰材料越来越稀缺,由于大量存在内部缺陷的钻石不能被用来作为珠宝材料,被贬值作为工业用材料使用。而且宝石级的大尺寸金刚石也越来越奇缺。人们发明了多种人工合成金刚石的方法,例如在超过几万个大气压的条件下合成单晶金刚石,该种合成金刚石单晶的压力设备比较昂贵,且合成金刚石的单晶尺寸受到影响,利用高温高压合成的含氮金刚石的尺寸虽然可以达到1cm的直径,但是其受杂质影响而显黄色。无色清澈的金刚石单晶被限制在直径几毫米的范围内。化学气相沉积是合成金刚石的新方法,该方法通常用于制备大尺寸的金刚石多晶膜。对于现有金刚石的内部缺陷如何修复尚属于无人解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种金刚石单同质内延修复以及同质外延生长的方法,能够同时实现金刚石单晶的内部缺陷的同质内延修复和同质外延生长,其可用于修复现有金刚石的内部空洞和裂纹等缺陷,去除金刚石的内部杂质和颜色,增加其透明度和洁净度,并可以在金刚石单晶外表面的各个取向上同质外延生长,得到纯净的较大尺寸金刚石单晶。该方法实现条件温和,运行成本低,可用于人造和天然金刚石单晶为晶种的修复及生长。
本发明所采用的技术方案如下,
一种金刚石单晶同质内延修复以及同质外延生长的方法,其特征在于所述方法包括:
采用金刚石沉积设备,以金刚石单晶为晶种,于700~2000℃的温度下进行气相沉积的内延修复和外延生长。
具体地讲,所述金刚石沉积设备采用直流喷射等离子设备,或者微波等离子设备,或者热丝等离子设备。
所述金刚石于金刚石沉积设备内的沉积时间为1~30小时,该金刚石沉积设备于金刚石生长期的真空度为10~5000Pa。
所述金刚石沉积设备内的氩气载体流量为1~40升/分钟,氢气载体流量:1~50升/分钟,含碳基团载体流量为1-1000毫升/分钟。
所述含碳基团载体包括甲烷、乙烷、液化气、乙醇或者甲醇。
所述金刚石单晶的衬底材料包括金属钼,钨,或者硅,石英。
所述晶种包括天然金刚石单晶、高温高压人造金刚石单晶、或者化学气相沉积金刚石单晶。
所述晶种的直径为0.5~20毫米,重量为0.05~15克拉。
该金刚石单晶同质内延修复以及同质外延生长的方法采用化学气相沉积设备,对天然金刚石单晶和人造金刚石单晶的内部空洞和裂纹等缺陷进行金刚石同质内延生长修复,同时可以在金刚石外表面的各个取向上同质外延生长,还可以去除金刚石的内部杂质和颜色,有效增加其透明度和洁净度。直流喷射等离子设备又称直流电弧等离子体喷射设备,是目前高效制备金刚石膜的重要技术装置。微波等离子体设备系采用微波等离子CVD法,可以制备面积大、均匀性好、纯度高、结晶形态好的高质量金刚石薄膜,特别适合在各种曲面(异形表面)上涂复金刚石薄膜,能制备各种不同需要的金刚石薄膜制品。并且可以原位实施基体与金刚石薄膜之间的中间层的多种不同处理工艺,适用性强。设备的使用操作简便,设备本身没有易损易耗件,能长期稳定运行,生产的重复性好。设备的能耗低,运行成本也低。微波等离子体CVD法是当前世界上研究和制备金刚石薄膜的主流方法。热丝等离子设备又称等离子热丝气相沉积设备,
其常用于解决沉积大面积金刚石厚膜的问题。本发明通过在上述制取金刚石膜的现有化学气相沉积设备,进行合理的生长温度和其它条件控制,实现了在设备和工艺上研究上的突破性进展,可用于金刚石的内部缺陷修补和外延生长,是一种变废为宝的技术革新。
本发明的有益效果在于,该方法能够同时实现金刚石单晶的同质内延修复和同质外延生长,其可用于修复现有金刚石的内部空洞和裂纹等缺陷,去除金刚石的内部杂质和颜色,增加其透明度和洁净度,并可以在金刚石单晶外表面的各个取向上同质外延生长,得到纯净的较大尺寸金刚石单晶。该方法实现条件温和,运行成本低,可用于人造和天然金刚石单晶为晶种的修复及生长。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的阐述。
具体实施方式
实施例1采用4*4*1毫米,重量为0.28克拉左右的天然金刚石单晶(4*4的晶面为100取向)作为晶种,该部分天然金刚石单晶存在裂隙和裂纹,部分为淡黄色含杂质体。采用功率为100kw,沉积面积为300平方厘米的直流喷射等离子设备作为气相沉积设备,该设备内采用金属钼或钨作为衬底材料。将该直流喷射等离子设备进行抽真空升温,保持其内温度为1200-1300℃,设备真空度保持1000-2000Pa,并控制氩气载体流量20升/分钟,氢气载体流量20升/分钟,甲烷CH4或者乙烷C2H6载体流量120-200毫升/分钟范围内,进行同质内延修复和同质外延生长控制,保持该条件20-25小时,然后进行缓慢降温并调整真空度至正常大气压。
取出该天然金刚石单晶,并进行纯度和尺寸测量,其测量结果为:
尺寸变为6*6*2。重量为0.84克拉,颜色为无色透明。生长速度:0.028克拉/小时,裂隙消失。主生长面还是100取向。
实施例2采用直径为6*6*1.5,重量为0.95克拉左右的高温高压人造金刚石单晶(6*6的晶面为110取向)作为晶种,该部分高温高压人造金刚石单晶含有氮气杂质呈淡黄色。采用功率为50kw,沉积面积为100平方厘米的微波等离子设备作为气相沉积设备,该设备内采用硅或石英作为衬底材料。将该微波等离子设备进行抽真空升温,保持其内温度为1400-1500℃,设备真空度保持10-100Pa,并控制氩气载体流量40升/分钟,氢气载体流量50升/分钟,液化气载体流量800-900毫升/分钟范围内,进行同质内延修复和外延生长,保持该条件10-16小时,然后进行缓慢降温并调整真空度至正常大气压。
取出该高温高压人造金刚石单晶,并进行纯度和尺寸测量,其测量结果为:
尺寸为7*7*3.5毫米,重量2.26克拉,晶种的浅黄色消失,变得无色透明。主生长面还是100取向。
实施例3采用直径为2*2*1毫米左右,重量为0.07克拉左右的化学气相沉积金刚石单晶(2*2的晶面为110取向)作为晶种,该化学气相沉积金刚石单晶内部有细微空洞和碳杂质。采用功率为100kw,沉积面积为300平方厘米的热丝等离子设备作为气相沉积设备,该设备内采用硅作为衬底材料。将该热丝等离子设备进行抽真空升温,保持其内温度为1000-1000℃,设备真空度保持300-400Pa,并控制氩气载体流量6-10升/分钟,氢气载体流量10-20升/分钟,乙醇或者甲醇载体流量40-60毫升/分钟范围内,进行同质内延修复,保持该条件24-30小时,然后进行缓慢降温并调整真空度至正常大气压。
取出该化学气相沉积金刚石单晶,并进行纯度和尺寸测量,其测量结果为:
尺寸变为3*3*2,重量为0.31克拉,内部的孔洞消失,内部的碳杂质是想向金刚石的转化。并且,保持主生长面还是100取向。
Claims (8)
1.一种金刚石单晶同质内延修复以及同质外延生长的方法,其特征在于所述方法包括:
采用金刚石沉积设备,以金刚石单晶为晶种,于700~2000℃的温度下进行气相沉积的内延修复和外延生长。
2.根据权利要求1所述的金刚石单晶同质内延修复以及同质外延生长的方法,其特征在于所述金刚石沉积设备采用直流喷射等离子设备,或者微波等离子设备,或者热丝等离子设备。
3.根据权利要求1所述的金刚石单晶同质内延修复以及同质外延生长的方法,其特征在于所述金刚石于金刚石沉积设备内的沉积时间为1~30小时,该金刚石沉积设备于金刚石生长期的真空度为10~5000Pa。
4.根据权利要求3所述的金刚石单晶同质内延修复以及同质外延生长的方法,其特征在于所述金刚石沉积设备内的氩气载体流量为1~40升/分钟,氢气载体流量:1~50升/分钟,含碳基团载体流量为1-1000毫升/分钟。
5.根据权利要求4所述的金刚石单晶同质内延修复以及同质外延生长的方法,其特征在于所述含碳基团载体包括甲烷、乙烷、液化气、乙醇或者甲醇。
6.根据权利要求1所述的金刚石单晶同质内延修复以及同质外延生长的方法,其特征在于所述金刚石单晶的衬底材料包括金属钼,钨,或者硅,石英。
7.根据权利要求1所述的金刚石单晶同质内延修复以及同质外延生长的方法,其特征在于所述晶种包括天然金刚石单晶、高温高压人造金刚石单晶、或者化学气相沉积金刚石单晶。
8.根据权利要求1所述的金刚石单晶同质内延修复以及同质外延生长的方法,其特征在于所述晶种的直径为0.5~20毫米,重量为0.05~15克拉。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN200910210558A CN101696515A (zh) | 2009-11-10 | 2009-11-10 | 金刚石单晶同质内延修复以及同质外延生长的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN200910210558A CN101696515A (zh) | 2009-11-10 | 2009-11-10 | 金刚石单晶同质内延修复以及同质外延生长的方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101696515A true CN101696515A (zh) | 2010-04-21 |
Family
ID=42141639
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN200910210558A Pending CN101696515A (zh) | 2009-11-10 | 2009-11-10 | 金刚石单晶同质内延修复以及同质外延生长的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101696515A (zh) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102770588A (zh) * | 2010-01-18 | 2012-11-07 | 六号元素有限公司 | Cvd单晶金刚石材料 |
CN104164702A (zh) * | 2014-08-08 | 2014-11-26 | 上海交通大学 | 一种硼掺杂超/精细金刚石单晶微粉的制备方法 |
CN104164703A (zh) * | 2014-08-08 | 2014-11-26 | 上海交通大学 | 一种超细金刚石单晶微粉的制备方法 |
CN105506576A (zh) * | 2016-02-02 | 2016-04-20 | 太原理工大学 | 一种高品质自支撑金刚石厚膜的制备方法 |
CN107267954A (zh) * | 2017-06-14 | 2017-10-20 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 一种外延生长制备高定向金刚石纳米片阵列材料的方法 |
CN107557858A (zh) * | 2017-09-19 | 2018-01-09 | 武汉普迪真空科技有限公司 | 基于Ⅱa型天然金刚石的同质外延生长单晶金刚石的方法 |
CN108456924A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-08-28 | 山东大学 | 一种内延生长[100]取向TaON自支撑薄膜的制备方法 |
CN109537051A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-03-29 | 西安碳星半导体科技有限公司 | 一种高速率生长单晶金刚石的方法 |
CN109825878A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-05-31 | 浙江大学 | 一种单晶方解石的修复方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5451430A (en) * | 1994-05-05 | 1995-09-19 | General Electric Company | Method for enhancing the toughness of CVD diamond |
CN1632166A (zh) * | 2004-12-28 | 2005-06-29 | 北京科技大学 | 直流电弧等离子体化学气相沉积装置及金刚石涂层方法 |
CN101827959A (zh) * | 2007-10-02 | 2010-09-08 | 华盛顿卡耐基研究所 | 对钻石退火的低压方法 |
-
2009
- 2009-11-10 CN CN200910210558A patent/CN101696515A/zh active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5451430A (en) * | 1994-05-05 | 1995-09-19 | General Electric Company | Method for enhancing the toughness of CVD diamond |
CN1632166A (zh) * | 2004-12-28 | 2005-06-29 | 北京科技大学 | 直流电弧等离子体化学气相沉积装置及金刚石涂层方法 |
CN101827959A (zh) * | 2007-10-02 | 2010-09-08 | 华盛顿卡耐基研究所 | 对钻石退火的低压方法 |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102770588A (zh) * | 2010-01-18 | 2012-11-07 | 六号元素有限公司 | Cvd单晶金刚石材料 |
CN104164702A (zh) * | 2014-08-08 | 2014-11-26 | 上海交通大学 | 一种硼掺杂超/精细金刚石单晶微粉的制备方法 |
CN104164703A (zh) * | 2014-08-08 | 2014-11-26 | 上海交通大学 | 一种超细金刚石单晶微粉的制备方法 |
CN104164703B (zh) * | 2014-08-08 | 2018-05-29 | 上海交通大学 | 一种超细金刚石单晶微粉的制备方法 |
CN105506576B (zh) * | 2016-02-02 | 2018-04-13 | 太原理工大学 | 一种高品质自支撑金刚石厚膜的制备方法 |
CN105506576A (zh) * | 2016-02-02 | 2016-04-20 | 太原理工大学 | 一种高品质自支撑金刚石厚膜的制备方法 |
CN107267954A (zh) * | 2017-06-14 | 2017-10-20 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 一种外延生长制备高定向金刚石纳米片阵列材料的方法 |
CN107267954B (zh) * | 2017-06-14 | 2020-02-14 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 一种外延生长制备高定向金刚石纳米片阵列材料的方法 |
CN107557858A (zh) * | 2017-09-19 | 2018-01-09 | 武汉普迪真空科技有限公司 | 基于Ⅱa型天然金刚石的同质外延生长单晶金刚石的方法 |
CN108456924A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-08-28 | 山东大学 | 一种内延生长[100]取向TaON自支撑薄膜的制备方法 |
CN109537051A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-03-29 | 西安碳星半导体科技有限公司 | 一种高速率生长单晶金刚石的方法 |
CN109825878A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-05-31 | 浙江大学 | 一种单晶方解石的修复方法 |
CN109825878B (zh) * | 2019-03-27 | 2020-04-28 | 浙江大学 | 一种单晶方解石的修复方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101696515A (zh) | 金刚石单晶同质内延修复以及同质外延生长的方法 | |
CN109545657B (zh) | 一种改善碳化硅衬底上生长的氧化镓薄膜的方法 | |
US10184192B2 (en) | Apparatus for growing diamonds by microwave plasma chemical vapour deposition process and substrate stage used therein | |
CN101037793A (zh) | 高速生长金刚石单晶的装置和方法 | |
RU2720397C2 (ru) | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИТНОЙ ПОДЛОЖКИ SiC И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ПОДЛОЖКИ | |
CN105463580A (zh) | 一种硒化镉或硫化镉二维单晶纳米片的制备方法 | |
WO1996029441A2 (en) | High growth rate homoepitaxial diamond film deposition at high temperatures by microwave plasma-assisted chemical vapor deposition | |
EP2851457B1 (en) | Method for manufacturing a single crystal diamond | |
CN111321466A (zh) | 大尺寸单晶金刚石生长方法及生长用复合基底 | |
Jung et al. | Hydrogenated amorphous and crystalline SiC thin films grown by RF-PECVD and thermal MOCVD; comparative study of structural and optical properties | |
EP1154049B1 (en) | Method of manufacturing single-crystal silicon carbide | |
RU2013118642A (ru) | Способ производства монокристаллических алмазов белого цвета | |
CN103193224A (zh) | 在非金属基底上低温制备石墨烯薄膜的方法 | |
US8158011B2 (en) | Method of fabrication of cubic boron nitride conical microstructures | |
CN104947184A (zh) | 一种基于原位Si气氛作用在大直径4H/6H-SiC硅面衬底外延生长石墨烯的方法 | |
CN105731825A (zh) | 一种利用石墨烯玻璃低成本大面积制备氮化铝薄膜的方法 | |
CN103346073A (zh) | 一种β-碳化硅薄膜的制备方法 | |
CN107188161A (zh) | 石墨烯及其制备方法 | |
WO2023050628A1 (zh) | 一种在SiO 2衬底上生长硫化锗单晶薄膜的制备方法 | |
Sun et al. | Investigation of phases in the carbon films deposited by electrolysis of ethanol liquid phase using Raman scattering | |
CN206109529U (zh) | 一种高功率大面积偏压微波等离子体金刚石薄膜沉积装置 | |
CN106835274A (zh) | 异质外延金刚石及其制备方法 | |
CN103060907B (zh) | 一种在绝缘材料上制备单晶石墨烯的方法 | |
CN114457425B (zh) | 一种碳化硅籽晶重复循环利用的方法、装置 | |
CN108611680A (zh) | 一种高速高质量单晶金刚石的生长方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20100421 |