CN107546109B - 一种利用氢等离子体去除在硅衬底上制备的金刚石窗口的表面碳化硅的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用氢等离子体去除在硅衬底上制备的金刚石窗口的表面碳化硅的方法，包括如下步骤：利用丙酮将去除硅衬底的金刚石薄膜窗口材料进行超声清洗；将清洗后的金刚石薄膜窗口含硅杂质的一面向上放置于离子体装置反应腔中的基片台上并对腔体抽真空；待真空度下降到标准真空度后通入氢气；用氢等离子体刻蚀金刚石薄膜窗口，直至碳化硅完全还原成硅；最后用硝酸与氢氟酸腐蚀去除硅。本发明利用氢等离子体将金刚石窗口表面的碳化硅还原成硅并用酸去除，在没有破坏金刚石窗口薄膜的前提下有效去除了残留在金刚石窗口表面的碳化硅等大分子杂质，减少了大分子杂质对金刚石薄膜窗口电子束的干扰和吸收，极大的提升了金刚石窗口的热稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及金刚石窗口领域，尤其涉及一种去除利用等离子体化学气相沉积法制备的金刚石窗口表面所含的衬底杂质的方法，具体涉及一种利用氢等离子体去除在硅衬底上制备的金刚石窗口的表面碳化硅的方法。
背景技术
目前化学气相沉积(CVD)金刚石被广泛应用于高能电子束引出窗口领域、高精度光学窗口领域，由于应用于窗口材料的CVD金刚石材料是由同质外延生长得到，在CVD金刚石薄膜的沉积过程中，会有少量衬底材料的元素与碳反应生成一层过渡层，例如碳化硅和碳化钼，在去除掉生长衬底之后，不可避免的在窗口材料的背底表面残留少量衬底材料的成分，这些大分子残留物会极大的阻止高能电子束通过引出窗口，降低窗口材料的电子束透过率，并且造成窗口温度上升，影响其工作性能，残留的过渡层也会影响CVD金刚石薄膜的透明度。但由于金刚石窗口本身的厚度较薄，不能采用机械研磨的方法物理去除，因此，必须找到一种既不破坏CVD金刚石薄膜本身结构的方法去除背底面的大分子残留物。
发明内容
基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种利用氢等离子体去除在硅衬底上制备的金刚石窗口的表面碳化硅的方法，该方法有效解决了金刚石薄膜窗口表面残留的碳化硅对窗口性能的影响，对金刚石窗口的制备和应用有着推动意义。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种利用氢等离子体去除在硅衬底上制备的金刚石窗口的表面碳化硅的方法，包含如下步骤：
第一步，将去除硅衬底的金刚石薄膜窗口进行超声清洗，干燥后待用；
第二步，将第一步清洗后的金刚石薄膜窗口含硅杂质的一面向上放置于等离子体装置反应腔中的基片台上，并对腔室抽真空；
第三步，待真空度下降到标准真空度后通入氢气；
第四步，激发产生氢等离子体，用氢等离子体刻蚀金刚石薄膜窗口，直至碳化硅层完全还原成硅；
第五步，待刻蚀结束后，取出金刚石真空窗口，用硝酸与氢氟酸腐蚀去除硅。
作为上述技术方案的优选，本发明提供的利用氢等离子体去除在硅衬底上制备的金刚石窗口的表面碳化硅的方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：
作为上述技术方案的改进，第一步中，所述超声清洗为分别用乙醇、丙酮进行超声波清洗。乙醇和丙酮的清洗时间都为3min；丙酮是纯度大于99.5％的丙酮。
作为上述技术方案的改进，所述第三步中，标准真空度为1Pa以下。
作为上述技术方案的改进，所述第三步中，氢气流量为120～200sccm。
作为上述技术方案的改进，所述第四步中，氢等离子体源功率为600～1000W,工作气压为10～12kPa。
作为上述技术方案的改进，所述第四步中，处理时间为0.5～1h。
作为上述技术方案的改进，所述第五步中，硝酸与氢氟酸的体积比例为3:1，腐蚀时间2～3min。
氢等离子体对碳化硅以及硅分子都有显著地刻蚀效果，在一定的功率范围内对金刚石的刻蚀作用不明显，所以能够在不破坏金刚石膜层结构的前提下去除薄膜背底面的大分子及过渡层物质。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：本发明利用氢等离子体将金刚石窗口表面的碳化硅还原成硅并用酸去除，在没有破坏金刚石窗口薄膜的前提下有效去除了残留在金刚石窗口表面的碳化硅等大分子杂质，减少了大分子杂质对金刚石薄膜窗口电子束的干扰和吸收，极大的提升了金刚石窗口的热稳定性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。
实施例1：
金刚石薄膜窗口直径12mm，框架厚0.3mm，窗口薄膜厚0.02mm。
第一步，首先利用丙酮和乙醇溶液将去除硅衬底的金刚石薄膜窗口进行超声清洗2min去除浮尘，干燥后待用；
第二步，将第一步清洗后的金刚石薄膜窗口含硅杂质的一面向上放置于微波等离子体装置反应腔中的基片台上，并对腔室抽真空；
第三步，待真空度下降到1pa后通入150sccm的氢气；
第四步，激发产生氢等离子体并调节参数至等离子体状态稳定，其中等离子体功率1000w,工作气压10.8kPa,用氢等离子体刻蚀金刚石薄膜窗口，直至碳化硅层完全还原成硅，氢等离子体处理时间为40min；
第五步，待刻蚀结束后，取出金刚石真空窗口，用体积比3:1的硝酸与氢氟酸混合溶液腐蚀2min去除硅。
实施例2：
金刚石薄膜窗口直径10mm，框架厚0.3mm，窗口薄膜厚0.02mm。
第一步，首先利用丙酮和乙醇溶液将去除硅衬底的金刚石薄膜窗口进行超声清洗2min去除浮尘，干燥后待用；
第二步，将第一步清洗后的金刚石薄膜窗口含硅杂质的一面向上放置于微波等离子体装置反应腔中的基片台上，并对腔室抽真空；
第三步，待真空度下降到1pa后通入170sccm的氢气；
第四步，激发产生氢等离子体并调节参数至等离子体状态稳定，其中等离子体功率900w,工作气压11kPa,用氢等离子体刻蚀金刚石薄膜窗口，直至碳化硅层完全还原成硅，氢等离子体处理时间为50min；
第五步，待刻蚀结束后，取出金刚石真空窗口，用体积比3:1的硝酸与氢氟酸混合溶液腐蚀2min去除硅。
实施例3：
金刚石薄膜窗口直径15mm，框架厚0.3mm，窗口薄膜厚0.03mm。
第一步，首先利用丙酮和乙醇溶液将去除硅衬底的金刚石薄膜窗口进行超声清洗2min去除浮尘，干燥后待用；
第二步，将第一步清洗后的金刚石薄膜窗口含硅杂质的一面向上放置于微波等离子体装置反应腔中的基片台上，并对腔室抽真空；
第三步，待真空度下降到1pa后通入200sccm的氢气；
第四步，激发产生氢等离子体并调节参数至等离子体状态稳定，其中等离子体功率800w,工作气压10kPa,用氢等离子体刻蚀金刚石薄膜窗口，直至碳化硅层完全还原成硅，氢等离子体处理时间为60min；
第五步，待刻蚀结束后，取出金刚石真空窗口，用体积比3:1的硝酸与氢氟酸混合溶液腐蚀2min去除硅。
为了体现氢等离子体处理前后窗口表面的硅原子的变化情况，我们利用能谱仪对实施例处理前后的窗口表面进行了元素分布检测，利用傅里叶红外光谱仪对700nm波长处窗口的红外透光率进行测试，其中检测结果如表1-3所示。
表1、实施例1处理前后的窗口表面进行了元素分布检测结果表
表2、实施例2处理前后的窗口表面进行了元素分布检测结果表
表3、实施例3处理前后的窗口表面进行了元素分布检测结果表
以上结果说明，氢等离子体处理前后金刚石窗口表面的硅元素下降明显。由于红外透过率能上反映出电子束透过率，通过对比红外透过率就能观察氢等离子体处理前后窗口对电子束的通过情况，如表所示，三组实施例中，窗口的红外透过率均有所上升。
氢等离子体处理结束后，利用无水乙醇滴覆在窗口表面，等待1min后，乙醇无渗透，这说明氢等离子体处理后纳米金刚石窗口未出现破损。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种利用氢等离子体去除在硅衬底上制备的金刚石窗口的表面碳化硅的方法，其特征在于，包含如下步骤：
第一步，将去除硅衬底的金刚石薄膜窗口进行超声清洗，干燥后待用；
第二步，将第一步清洗后的金刚石薄膜窗口含硅杂质的一面向上放置于等离子体装置反应腔中的基片台上，并对腔室抽真空；
第三步，待真空度下降到标准真空度后通入氢气；所述标准真空度为1Pa以下；
第四步，激发产生氢等离子体，用氢等离子体刻蚀金刚石薄膜窗口，直至碳化硅层完全还原成硅；
第五步，待刻蚀结束后，取出金刚石薄膜窗口，用硝酸与氢氟酸腐蚀去除硅。
2.如权利要求1所述的利用氢等离子体去除在硅衬底上制备的金刚石窗口的表面碳化硅的方法，其特征在于：第一步中，所述超声清洗为分别用乙醇、丙酮进行超声波清洗。
3.如权利要求1所述的利用氢等离子体去除在硅衬底上制备的金刚石窗口的表面碳化硅的方法，其特征在于：所述第三步中，氢气流量为120～200sccm。
4.如权利要求1所述的利用氢等离子体去除在硅衬底上制备的金刚石窗口的表面碳化硅的方法，其特征在于：所述第四步中，氢等离子体源功率为600～1000W,工作气压为10～12kPa。
5.如权利要求1所述的利用氢等离子体去除在硅衬底上制备的金刚石窗口的表面碳化硅的方法，其特征在于：所述第四步中，处理时间为0.5～1h。
6.如权利要求1所述的利用氢等离子体去除在硅衬底上制备的金刚石窗口的表面碳化硅的方法，其特征在于：所述第五步中，硝酸与氢氟酸的体积比例为3:1，腐蚀时间2～3min。
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Citations (4)
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Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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| CN105252099A (zh) * | 2015-11-24 | 2016-01-20 | 武汉工程大学 | 一种利用微波等离子体焊接金刚石真空窗口的方法 |
| CN105296926A (zh) * | 2015-12-04 | 2016-02-03 | 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 | 一种硬质增透复合膜光学窗口及其制备方法 |
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