CN115044885A - 一种制备高纯度cvd钻石晶片的mpcvd装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备高纯度CVD钻石晶片的MPCVD装置及方法，所述MPCVD装置包括底座、微波发生器和反应箱，所述微波发生器和反应箱均设置在底座的上方，所述微波发生器的射出端设置有矩形波导管，所述矩形波导管的射出端与反应箱相连接，本发明相比于目前的MPCVD装置设置有调节器和第二磁场发生器，通过第二磁场发生器产生的磁场，能够使得等离子体在反应腔内作螺旋运动，一方面使得反应腔内的温度均匀，另一方面使得等离子体都能在基片上沉积，通过调节调节管的角度，能够改变等离子体进入到反应腔内速率，进而改变等离子体做螺旋运动的半径和掉落在基片上的位置，方便工作人员根据实际需要使得等离子体在预期的地方聚集。

Description

一种制备高纯度CVD钻石晶片的MPCVD装置及方法

技术领域

本发明涉及微波等离子体技术领域，具体为一种制备高纯度CVD钻石晶片的MPCVD装置及方法。

背景技术

CVD钻石晶片，是一种由直径10到30纳米钻石晶体合成的多结晶钻石晶体，目前制备CVD钻石晶片的方法大致有热丝化学气相沉积法、高温高压法、微波等离子体化学气相淀积法，而这些方法中，微波等离子体化学气相淀积法以纯度高、质量高等优点广泛应用于CVD钻石晶片的工业制造。

目前的MPCVD装置工作原理，基本上都是利用微波激发反应箱内的甲烷和氢气，使得甲烷和氢气从分子态转变为等离子态，最后经过自然下落，在基片上气相沉积生成所需的CVD钻石晶片，由于等离子体需要保持高温状态，若温度下降，则稳定性会发生显著的变化，进而不利于CVD钻石晶片的生成，而目前的MPCVD装置无法保证反应箱内的温度均匀恒定，在制备CVD钻石晶片时，CVD钻石晶片经常出现变形或者开裂等严重问题，同时目前的MPCVD装置也无法控制等离子体能够在预期的地方聚集，因此生成的CVD钻石晶片均匀度经常无法满足需要，需要后续加工才能使用，进而极大的浪费了生产资源，最后工作结束之后，由于反应箱内的压强远远小于外界的压强，因此在压差的作用下，一旦打开反应箱，外界的气体便会流入到反应箱内，此时若外界的气体质量不佳或含水量很大，那么反应箱内很可能会被污染或结出露珠，进而影响下次制备高纯度的CVD钻石晶片。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备高纯度CVD钻石晶片的MPCVD装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种制备高纯度CVD钻石晶片的MPCVD装置，所述MPCVD装置包括底座、微波发生器和反应箱，所述微波发生器和反应箱均设置在底座的上方，所述微波发生器的射出端设置有矩形波导管，所述矩形波导管的射出端与反应箱相连接，所述矩形波导管靠近反应箱的一端设置有检测器，所述反应箱包括箱体，所述箱体的内部设置有分离腔、调节器和反应腔，所述底座的内部设置有混气装置、真空装置和稳压装置，所述混气装置通过送气管向分离腔内注入甲烷和氢气，所述真空装置通过抽气管对反应箱内抽真空并保持真空状态，所述稳压装置通过稳压管调整反应箱内的压力，所述反应腔的内部设置有基座和第二磁场发生器，所述基座上设置有基片台，所述反应腔内的等离子体受磁场的作用做螺旋运动。

微波发生器用于发射激发出等离子体的微波，反应箱用于气相沉积，通过矩形波导管能够将微波发生器发射的微波导入进反应箱内，工作时将经过预处理的基片放置在基片台上，当微波进入到反应箱内时会激发分离腔内的甲烷气体，使得甲烷气体分子转变为等离子态，最后经过调节器进行到反应腔内，并在基片上气相沉积，生成所需的钻石晶片，本发明在反应腔的内部设置有第二磁场发生器，通过第二磁场发生器产生磁场能够使得等离子体作螺旋运动，一方面使得反应腔内的温度均匀，避免中间温度高边缘温度低，保证等离子体的稳定性阻止相变的产生，另一方面使得等离子体都能在基片上沉积，减少等离子体的浪费，本发明设置有调节器，通过调节器能够调节等离子体的进入到反应腔内的角度，根据洛伦兹力的公式可知，等离子体在反应腔内做螺旋运动的半径只和进入到磁场的速率大小有关，因此当第二磁场发生器产生的磁场不变时，通过调节器改变等离子体进入到反应腔内的角度可改变等离子体做螺旋运动的半径和掉落在基片上的位置，通过调节器工作人员能够根据实际需要使得等离子体在预期的地方聚集，最后通过稳压装置和稳压管能够在工作结束之后，防止外界空气进入到反应箱，保证了下次反应能够制备出高纯度的CVD钻石晶体。

进一步的，所述分离腔的内部设置有两组变压板，每组所述变压板上均开设有一组通槽，每组所述通槽的内部均设置有一组活动板和两组第二导电块，其中一组所述第二导电块固定安装在通槽的内部，另外一组所述第二导电块活动安装在通槽的内部且与活动板固定连接。

通过上述技术方案，混气装置通过送气管将甲烷或者氢气通入分离腔内时，在气压的作用下，活动板会被顶离通槽，从而使得甲烷或者氢气顺利的进入到分离腔内，当工作时，混气装置会停止将甲烷或者氢气通入到分离腔内，此时在分离腔内的气压作用下活动板会被顶进通槽内，活动板的每次移动均会使得两组第二导电块之间的距离发生变化，当两组第二导电块与外界电源和电流表相连接时，根据电流的变化能够计算出活动板的移动幅度，进而判断出通入到分离腔内的实际气体和混气装置显示通入到分离腔内的气体是否有误差，保证产品的质量，同时当分离腔内的压力不变时，根据活动板的移动幅度能够判断出甲烷或者氢气在变成等离子体后温度的变化，进而随时调整微波发生器的功率，防止温度过高或者过低造成产品不合格。

进一步的，所述检测器包括朗缪尔探针，所述朗缪尔探针伸入反应箱内，所述分离腔的内部还设置有第一磁场发生器，所述第一磁场发生器设置在分离腔的内部靠近送气管的一端，两组所述变压板包围朗缪尔探针，所述变压板靠近第一磁场发生器的一端具有磁性，所述分离腔的上下两端分别设置有若干组滑槽，每组所述滑槽的内部均设置有一组导杆和两组第一导电块，其中一组所述第一导电块固定安装在导杆上，另外一组所述第一导电块滑动安装在导杆上且与变压板固定连接。

通过上述技术方案，正常工作时，第一磁场发生器会产生一组排斥变压板的磁场，以使得两组变压板固定在朗缪尔探针的周围，通过朗缪尔探针能够检测两组变压板之间的等离子体浓度，当两组变压板之间的等离子体浓度过高时，第一磁场发生器会自动改变磁场的强度，使得排斥变压板的力减小，此时由于两组变压板之间的温度较高气压较大，两组变压板会向第一磁场发生器的方向移动，以增大等离子体所在的空间，减小等离子体的浓度，避免基片上的某一个区域沉积过多的等离子体。

进一步的，所述调节器的内部设置有聚料斗和调节管，所述聚料斗设置在调节器的内部靠近分离腔的一端，所述调节管设置在调节器的内部靠近反应腔的一端，所述聚料斗与调节管之间通过空心球连接，所述调节管的内部开设有凹槽，所述凹槽的内部设置有若干组线圈，所述调节器的内部设置有伸缩杆，所述伸缩杆的活动端与调节管相连接。

通过上述技术方案，通过调节器内部设置的伸缩杆能够控制调节管的角度，通过调节管内部凹槽中的线圈，能够在调节管的周围产生一组环形磁场，当分离腔内的等离子体从聚料斗进入到调节管内时，在环形磁场的作用下，会被约束在调节管中间的区域，进而减少等离子体一进入到反应腔内便四散逃逸的现象，保证等离子在反应腔内能够做相对集中的螺旋运动。

进一步的，所述调节器的内部远离伸缩杆的一端设置有校准室，所述校准室的内部设置有两组第一导电板，两组所述第一导电板之间填充有导电介质，其中一组所述第一导电板活动安装在校准室的内部，另外一组所述第一导电板固定安装在校准室的内部，活动安装在校准室内部的第一导电板通过石墨绳与调节管相连接。

通过上述技术方案，调节管在调节角度时会带动校准室内活动设置的第一导电板移动，当第一导电板与外界电源和电流表相连接时，根据电流的变化能够计算出两组第一导电板之间的距离，进而校准调节管的调节角度是否正确，避免伸缩杆发生故障导致等离子体在反应腔内的实际运动和理论运动不符。

进一步的，所述调节器内部靠近反应腔的一端设置有测压室，所述测压室与校准室相连通，所述测压室的内部设置有第二导电板，所述第二导电板与固定安装在校准室内部的第一导电板之间填充有导电介质，所述混气装置通过第二导电板与外界电源相连接。

当工作人员通过向分离腔内注入气体改变分离腔内的压强，以调整等离子体进入到反应腔内的速率时，由于反应腔内的温度是变化的，因此压强也是在随时变化的，当反应腔内的压强较大时需要注入较多的气体才能有效的增加等离子体进入到反应腔内的速率，反之当反应腔内的压强较小时则只需要注入较少的气体就能有效的增加等离子体进入到反应腔内的速率，因此本发明设置有测压室，通过检测第二导电板和固定安装在校准室内部的第一导电板之间的距离即可实时获知反应腔内的压强，通过上述技术方案保证了工作人员向分离腔内注入的气体与反应腔内的压强成正比时，避免注入的气体过少，造成等离子体进入到反应腔内的速率改变与预期不符。

进一步的，所述基片台通过滑块和驱动装置活动安装在基座上。

通过上述技术方案，工作过程中，基片台会一直在基座上转动，一方面在不改变等离子体进入速率的前提下，能够使得等离子体均匀的落在基片上，另一方面保证等离子体在沉积过程中，所接收到的条件都相同，从而有效的提高钻石晶片的质量，防止变形或者开裂等问题。

进一步的，所述反应箱还包括送料端盖和观测盖，所述送料端盖固定安装在箱体的外部，所述观测盖活动安装在送料端盖远离箱体的一端，所述送料端盖靠近观测盖的一端滑动安装有柔性板，所述柔性板的内部填充有导电介质，所述柔性板的两端设置有导电片，所述稳压装置通过柔性板与外界电源相连接。

工作结束之后，由于反应箱内的压强要小于外界的压强，因此在压差的作用下，一旦打开观测盖，外界的气体便会进入到反应箱内，此时若外界的气体质量不佳，那么反应箱内很可能会被污染，进而影响下次制备高纯度的CVD钻石晶片，本发明在送料端盖上滑动安装有柔性板，当观测盖被打开时，柔性板会阻止外界的气体进入到反应箱内，在气压的作用下，柔性板会发生弯曲，根据弯曲的幅度能够判断出反应箱内的压强与外界的压强相差多少，稳压装置根据差值会将经过净化的气体通过稳压管输入进反应箱内，以使得反应箱内的压强与外界的压强一致，避免外界的气体进入到反应箱内污染反应箱。

进一步的，所述送料端盖靠近箱体的一端设置有电极板，所述电极板通过柔性板与外界电源相连接。

通过上述技术方案，在取放基片时，两组电极板会产生一组高压电场，使得两组电极板之间的气体分子被电离，当外界的气体因为风等因此自然流动到反应箱内时，外界的气体携带的灰尘会因此带上负电，当其中一组电极板为正极板时，带上负电的灰尘会向正极板移动，进而避免反应箱受到污染，当稳压装置出现故障无法工作时，柔性板的弯曲程度越大，两组电极板产生的高压电场也越大，以防止外界气体流动到反应箱内的速度过快，电极板无法及时截留住外界气体内的灰尘等物质。

该制备方法包括以下步骤：

步骤一：将经过预处理的基片放置在基片台上；

步骤二：开启真空装置，将反应箱内的空气抽出，开启微波发生器和混气装置，将3sccm的甲烷通入反应箱内，并使得反应箱内的沉积气压保持在4kPa，沉积温度保持在800℃；

步骤三：形核过程中，开启基座内的驱动装置，使得基片台以0-60转/分钟的转速旋转；

步骤五：形核结束后，暂停通入甲烷，改为通入300sccm的氢气，以对晶核作刻蚀净化处理；

步骤六：刻蚀处理结束，再次通入甲烷，使得钻石晶片继续生长；

步骤七：每隔一段时间，循环一次步骤五和步骤六，直至获得预期量的钻石晶片。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明相比于目前的MPCVD装置设置有调节器和第二磁场发生器，通过第二磁场发生器产生的磁场，能够使得等离子体在反应腔内作螺旋运动，一方面使得反应腔内的温度均匀，避免中间温度高边缘温度低，保证等离子体的稳定性阻止相变的产生，另一方面使得等离子体都能在基片上沉积，减少等离子体的浪费，通过调节器内部设置的伸缩杆控制调节管的角度，能够改变等离子体进入到反应腔内速率，进而改变等离子体做螺旋运动的半径和掉落在基片上的位置，方便工作人员根据实际需要使得等离子体在预期的地方聚集，本发明设置有基片台，通过滑块和驱动装置将基片台活动安装在基座上，进而保证等离子体能够均匀的落在基片上，同时使得等离子体在沉积过程中，所接收到的条件都相同，从而有效提高钻石晶片的质量，防止变形或者开裂等问题，本发明设置有稳压装置，当工作结束打开观测盖时，在气压的作用下，送料端盖上的柔性板会发生弯曲，根据柔性板弯曲的幅度稳压装置会将一定量经过净化的气体通过稳压管输入进反应箱内，以使得反应箱内的压强与外界的压强一致，避免外界的气体进入到反应箱内污染反应箱，同时在取出基片时，两组电极板会产生一组高压电场，使得两组电极板之间的气体分子被电离，避免因为风等因素的影响，导致外界空气自然流动到反应箱内使得反应箱受到灰尘等物质的污染。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的反应箱结构示意图；

图3是本发明的分离腔俯视结构示意图；

图4是本发明的变压板结构示意图；

图5是本发明的向分离腔内输入甲烷或氢气时变压板结构示意图；

图6是本发明的调节器结构示意图；

图7是本发明的CVD钻石晶片制备过程中反应箱内部结构示意图；

图8是本发明的送料端盖内部结构示意图；

图9是本发明的观测盖打开时送料端盖内部结构示意图。

图中：1-底座、2-微波发生器、3-矩形波导管、4-检测器、41-朗缪尔探针、5-反应箱、51-箱体、52-分离腔、521-变压板、5211-活动板、5212-第一导电块、5213-第二导电块、522-第一磁场发生器、53-调节器、531-聚料斗、532-调节管、533-校准室、5331-第一导电板、534-测压室、5341-第二导电板、54-反应腔、541-基座、542-第二磁场发生器、55-基片台、56-送料端盖、561-柔性板、562-电极板、57-观测盖、6-送气管、7-抽气管、8-稳压管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图9所示，一种制备高纯度CVD钻石晶片的MPCVD装置，MPCVD装置包括底座1、微波发生器2和反应箱5，微波发生器2和反应箱5均设置在底座1的上方，微波发生器2的射出端设置有矩形波导管3，矩形波导管3的射出端与反应箱5相连接，矩形波导管3靠近反应箱5的一端设置有检测器4，反应箱5包括箱体51，箱体51的内部设置有分离腔52、调节器53和反应腔54，底座1的内部设置有混气装置、真空装置和稳压装置，混气装置通过送气管6向分离腔52内注入甲烷和氢气，真空装置通过抽气管7对反应箱5内抽真空并保持真空状态，稳压装置通过稳压管8调整反应箱5内的压力，反应腔54的内部设置有基座541和第二磁场发生器542，基座541上设置有基片台55，反应腔54内的等离子体受磁场的作用做螺旋运动。

微波发生器2用于发射激发出等离子体的微波，反应箱5用于气相沉积，通过矩形波导管3能够将微波发生器2发射的微波导入进反应箱5内，工作时将经过预处理的基片放置在基片台55上，当微波进入到反应箱5内时会激发分离腔52内的甲烷气体，使得甲烷气体分子转变为等离子态，最后经过调节器53进行到反应腔54内，并在基片上气相沉积，生成所需的钻石晶片，本发明在反应腔54的内部设置有第二磁场发生器542，通过第二磁场发生器542产生磁场能够使得等离子体作螺旋运动，一方面使得反应腔54内的温度均匀，避免中间温度高边缘温度低，保证等离子体的稳定性阻止相变的产生，另一方面使得等离子体都能在基片上沉积，减少等离子体的浪费，本发明设置有调节器53，通过调节器53能够调节等离子体的进入到反应腔54内的角度，根据洛伦兹力的公式可知，等离子体在反应腔54内做螺旋运动的半径只和进入到磁场的速率大小有关，因此当第二磁场发生器542产生的磁场不变时，通过调节器53改变等离子体进入到反应腔54内的角度可改变等离子体做螺旋运动的半径和掉落在基片上的位置，通过调节器53工作人员能够根据实际需要使得等离子体在预期的地方聚集，最后通过稳压装置和稳压管8能够在工作结束之后，防止外界空气进入到反应箱5，保证了下次反应能够制备出高纯度的CVD钻石晶体。

如图1-图9所示，分离腔52的内部设置有两组变压板521，每组变压板521上均开设有一组通槽，每组通槽的内部均设置有一组活动板5211和两组第二导电块5213，其中一组第二导电块5213固定安装在通槽的内部，另外一组第二导电块5213活动安装在通槽的内部且与活动板5211固定连接，两组第二导电块5213之间通过弹簧和导杆相连接。

通过上述技术方案，混气装置通过送气管6将甲烷或者氢气通入分离腔52内时，在气压的作用下，活动板5211会被顶离通槽，从而使得甲烷或者氢气顺利的进入到分离腔52内，当工作时，混气装置会停止将甲烷或者氢气通入到分离腔52内，此时在分离腔52内的气压作用下活动板5211会被顶进通槽内，活动板5211的每次移动均会使得两组第二导电块5213之间的距离发生变化，当两组第二导电块5213与外界电源和电流表相连接时，根据电流的变化能够计算出活动板5211的移动幅度，进而判断出通入到分离腔52内的实际气体和混气装置显示通入到分离腔52内的气体是否有误差，保证产品的质量，同时当分离腔52内的压力不变时，根据活动板5211的移动幅度能够判断出甲烷或者氢气在变成等离子体后温度的变化，进而随时调整微波发生器2的功率，防止温度过高或者过低造成产品不合格。

如图1-图9所示，检测器4包括朗缪尔探针41，朗缪尔探针41伸入反应箱5内，分离腔52的内部还设置有第一磁场发生器522，第一磁场发生器522设置在分离腔52的内部靠近送气管6的一端，两组变压板521包围朗缪尔探针41，变压板521靠近第一磁场发生器522的一端具有磁性，分离腔52的上下两端分别设置有若干组滑槽，每组滑槽的内部均设置有一组导杆和两组第一导电块5212，其中一组第一导电块5212固定安装在导杆上，另外一组第一导电块5212滑动安装在导杆上且与变压板521固定连接。

通过上述技术方案，正常工作时，第一磁场发生器522会产生一组排斥变压板521的磁场，以使得两组变压板521固定在朗缪尔探针41的周围，通过朗缪尔探针41能够检测两组变压板521之间的等离子体浓度，当两组变压板521之间的等离子体浓度过高时，第一磁场发生器522会自动改变磁场的强度，使得排斥变压板521的力减小，此时由于两组变压板521之间的温度较高气压较大，两组变压板521会向第一磁场发生器522的方向移动，以增大等离子体所在的空间，减小等离子体的浓度，避免基片上的某一个区域沉积过多的等离子体。

如图1-图9所示，调节器53的内部设置有聚料斗531和调节管532，聚料斗531设置在调节器53的内部靠近分离腔52的一端，调节管532设置在调节器53的内部靠近反应腔54的一端，聚料斗531与调节管532之间通过空心球连接，调节管532的内部开设有凹槽，凹槽的内部设置有若干组线圈，调节器53的内部设置有伸缩杆，伸缩杆的活动端与调节管532相连接。

通过上述技术方案，通过调节器53内部设置的伸缩杆能够控制调节管532的角度，通过调节管532内部凹槽中的线圈，能够在调节管532的周围产生一组环形磁场，当分离腔52内的等离子体从聚料斗531进入到调节管532内时，在环形磁场的作用下，会被约束在调节管532中间的区域，进而减少等离子体一进入到反应腔54内便四散逃逸的现象，保证等离子在反应腔54内能够做相对集中的螺旋运动。

如图1-图9所示，调节器53的内部远离伸缩杆的一端设置有校准室533，校准室533的内部设置有两组第一导电板5331，两组第一导电板5331之间填充有导电介质，其中一组第一导电板5331活动安装在校准室533的内部，另外一组第一导电板5331固定安装在校准室533的内部，活动安装在校准室533内部的第一导电板5331通过石墨绳与调节管532相连接。

通过上述技术方案，调节管532在调节角度时会带动校准室533内活动设置的第一导电板5331移动，当第一导电板5331与外界电源和电流表相连接时，根据电流的变化能够计算出两组第一导电板5331之间的距离，进而校准调节管532的调节角度是否正确，避免伸缩杆发生故障导致等离子体在反应腔54内的实际运动和理论运动不符。

如图1-图9所示，调节器53内部靠近反应腔54的一端设置有测压室534，测压室534与校准室533相连通，测压室534的内部设置有第二导电板5341，第二导电板5341与固定安装在校准室533内部的第一导电板5331之间填充有导电介质，混气装置通过第二导电板5341与外界电源相连接。

当工作人员通过向分离腔52内注入气体改变分离腔52内的压强，以调整等离子体进入到反应腔54内的速率时，由于反应腔54内的温度是变化的，因此压强也是在随时变化的，当反应腔54内的压强较大时需要注入较多的气体才能有效的增加等离子体进入到反应腔54内的速率，反之当反应腔54内的压强较小时则只需要注入较少的气体就能有效的增加等离子体进入到反应腔54内的速率，因此本发明设置有测压室534，通过检测第二导电板5341和固定安装在校准室533内部的第一导电板5331之间的距离即可实时获知反应腔54内的压强，通过上述技术方案保证了工作人员向分离腔52内注入的气体与反应腔54内的压强成正比时，避免注入的气体过少，造成等离子体进入到反应腔54内的速率改变与预期不符。

如图1-图9所示，基片台55通过滑块和驱动装置活动安装在基座541上。

通过上述技术方案，工作过程中，基片台55会一直在基座541上转动，一方面在不改变等离子体进入速率的前提下，能够使得等离子体均匀的落在基片上，另一方面保证等离子体在沉积过程中，所接收到的条件都相同，从而有效的提高钻石晶片的质量，防止变形或者开裂等问题。

如图1-图9所示，反应箱5还包括送料端盖56和观测盖57，送料端盖56固定安装在箱体51的外部，观测盖57活动安装在送料端盖56远离箱体51的一端，送料端盖56靠近观测盖57的一端滑动安装有柔性板561，柔性板561的内部填充有导电介质，柔性板561的两端设置有导电片，稳压装置通过柔性板561与外界电源相连接。

工作结束之后，由于反应箱5内的压强要小于外界的压强，因此在压差的作用下，一旦打开观测盖57，外界的气体便会进入到反应箱5内，此时若外界的气体质量不佳，那么反应箱5内很可能会被污染，进而影响下次制备高纯度的CVD钻石晶片，本发明在送料端盖56上滑动安装有柔性板561，当观测盖57被打开时，柔性板561会阻止外界的气体进入到反应箱5内，在气压的作用下，柔性板561会发生弯曲，根据弯曲的幅度能够判断出反应箱5内的压强与外界的压强相差多少，稳压装置根据差值会将经过净化的气体通过稳压管8输入进反应箱5内，以使得反应箱5内的压强与外界的压强一致，避免外界的气体进入到反应箱5内污染反应箱5。

如图1-图9所示，送料端盖56靠近箱体51的一端设置有两组电极板562，两组电极板562通过柔性板561与外界电源相连接。

通过上述技术方案，在取放基片时，两组电极板562会产生一组高压电场，使得两组电极板562之间的气体分子被电离，当外界的气体因为风等因此自然流动到反应箱5内时，外界的气体携带的灰尘会因此带上负电，当其中一组电极板562为正极板时，带上负电的灰尘会向正极板移动，进而避免反应箱5受到污染，当稳压装置出现故障无法工作时，柔性板561的弯曲程度越大，两组电极板562产生的高压电场也越大，以防止外界气体流动到反应箱5内的速度过快，电极板562无法及时截留住外界气体内的灰尘等物质。

该制备方法包括以下步骤：

步骤一：将经过预处理的基片放置在基片台55上；

步骤二：开启真空装置，将反应箱5内的空气抽出，开启微波发生器2和混气装置，将3sccm的甲烷通入反应箱5内，并使得反应箱5内的沉积气压保持在4kPa，沉积温度保持在800℃；

步骤三：形核过程中，开启基座541内的驱动装置，使得基片台55以0-100转/分钟的转速旋转；

步骤五：形核结束后，暂停通入甲烷，改为通入300sccm的氢气，以对晶核作刻蚀净化处理；

步骤六：刻蚀处理结束，再次通入甲烷，使得钻石晶片继续生长；

步骤七：每隔一段时间，循环一次步骤五和步骤六，直至获得预期量的钻石晶片。

本发明的工作原理：工作时将经过预处理的基片放置在基片台55上，通过真空装置将反应箱5内的空气抽出，通过混气装置和送气管6将甲烷或者氢气通入分离腔52内，通过矩形波导管3将微波发生器2发射的微波导入进反应箱5内，当微波进入到反应箱5内时会激发分离腔52内的甲烷或者氢气，使得甲烷或者氢气转变为等离子态，最后经过聚料斗531和调节管532进行到反应腔54内，并在基片上气相沉积，生成所需的钻石晶片，本发明在反应腔54的内部设置有第二磁场发生器542，通过第二磁场发生器542产生的磁场，能够使得等离子体作螺旋运动，一方面使得反应腔54内的温度均匀，另一方面使得等离子体都能在基片上沉积，减少等离子体的浪费，通过调节器53内部设置的伸缩杆控制调节管532的角度，能够改变等离子体进入到反应腔54内速率，通过第二磁场发生器542产生磁场进而改变等离子体做螺旋运动的半径和掉落在基片上的位置，方便工作人员根据实际需要使得等离子体在预期的地方聚集，工作结束之后，打开观测盖57，在气压的作用下，柔性板561会发生弯曲，稳压装置根据柔性板561弯曲的幅度会将一定量经过净化的气体通过稳压管8输入进反应箱5内，以使得反应箱5内的压强与外界的压强一致，避免外界的气体进入到反应箱5内污染反应箱5，在取出基片时，两组电极板562会产生一组高压电场，使得两组电极板562之间的气体分子被电离，避免因为风等因素的影响，导致反应箱5受到灰尘的污染。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种制备高纯度CVD钻石晶片的MPCVD装置，其特征在于：所述MPCVD装置包括底座(1)、微波发生器(2)和反应箱(5)，所述微波发生器(2)和反应箱(5)均设置在底座(1)的上方，所述微波发生器(2)的射出端设置有矩形波导管(3)，所述矩形波导管(3)的射出端与反应箱(5)相连接，所述矩形波导管(3)靠近反应箱(5)的一端设置有检测器(4)，所述反应箱(5)包括箱体(51)，所述箱体(51)的内部设置有分离腔(52)、调节器(53)和反应腔(54)，所述底座(1)的内部设置有混气装置、真空装置和稳压装置，所述混气装置通过送气管(6)向分离腔(52)内注入甲烷和氢气，所述真空装置通过抽气管(7)对反应箱(5)内抽真空并保持真空状态，所述稳压装置通过稳压管(8)调整反应箱(5)内的压力，所述反应腔(54)的内部设置有基座(541)和第二磁场发生器(542)，所述基座(541)上设置有基片台(55)，所述反应腔(54)内的等离子体受磁场的作用做螺旋运动。

2.根据权利要求1所述的一种制备高纯度CVD钻石晶片的MPCVD装置，其特征在于：所述分离腔(52)的内部设置有两组变压板(521)，每组所述变压板(521)上均开设有一组通槽，每组所述通槽的内部均设置有一组活动板(5211)和两组第二导电块(5213)，其中一组所述第二导电块(5213)固定安装在通槽的内部，另外一组所述第二导电块(5213)活动安装在通槽的内部且与活动板(5211)固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种制备高纯度CVD钻石晶片的MPCVD装置，其特征在于：所述检测器(4)包括朗缪尔探针(41)，所述朗缪尔探针(41)伸入反应箱(5)内，所述分离腔(52)的内部还设置有第一磁场发生器(522)，所述第一磁场发生器(522)设置在分离腔(52)的内部靠近送气管(6)的一端，两组所述变压板(521)包围朗缪尔探针(41)，所述变压板(521)靠近第一磁场发生器(522)的一端具有磁性，所述分离腔(52)的上下两端分别设置有若干组滑槽，每组所述滑槽的内部均设置有一组导杆和两组第一导电块(5212)，其中一组所述第一导电块(5212)固定安装在导杆上，另外一组所述第一导电块(5212)滑动安装在导杆上且与变压板(521)固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种制备高纯度CVD钻石晶片的MPCVD装置，其特征在于：所述调节器(53)的内部设置有聚料斗(531)和调节管(532)，所述聚料斗(531)设置在调节器(53)的内部靠近分离腔(52)的一端，所述调节管(532)设置在调节器(53)的内部靠近反应腔(54)的一端，所述聚料斗(531)与调节管(532)之间通过空心球连接，所述调节管(532)的内部开设有凹槽，所述凹槽的内部设置有若干组线圈，所述调节器(53)的内部设置有伸缩杆，所述伸缩杆的活动端与调节管(532)相连接。

5.根据权利要求4所述的一种制备高纯度CVD钻石晶片的MPCVD装置，其特征在于：所述调节器(53)的内部远离伸缩杆的一端设置有校准室(533)，所述校准室(533)的内部设置有两组第一导电板(5331)，两组所述第一导电板(5331)之间填充有导电介质，其中一组所述第一导电板(5331)活动安装在校准室(533)的内部，另外一组所述第一导电板(5331)固定安装在校准室(533)的内部，活动安装在校准室(533)内部的第一导电板(5331)通过石墨绳与调节管(532)相连接。

6.根据权利要求5所述的一种制备高纯度CVD钻石晶片的MPCVD装置，其特征在于：所述调节器(53)内部靠近反应腔(54)的一端设置有测压室(534)，所述测压室(534)与校准室(533)相连通，所述测压室(534)的内部设置有第二导电板(5341)，所述第二导电板(5341)与固定安装在校准室(533)内部的第一导电板(5331)之间填充有导电介质，所述混气装置通过第二导电板(5341)与外界电源相连接。

7.根据权利要求6所述的一种制备高纯度CVD钻石晶片的MPCVD装置，其特征在于：所述基片台(55)通过滑块和驱动装置活动安装在基座(541)上。

8.根据权利要求7所述的一种制备高纯度CVD钻石晶片的MPCVD装置，其特征在于：所述反应箱(5)还包括送料端盖(56)和观测盖(57)，所述送料端盖(56)固定安装在箱体(51)的外部，所述观测盖(57)活动安装在送料端盖(56)远离箱体(51)的一端，所述送料端盖(56)靠近观测盖(57)的一端滑动安装有柔性板(561)，所述柔性板(561)的内部填充有导电介质，所述柔性板(561)的两端设置有导电片，所述稳压装置通过柔性板(561)与外界电源相连接。

9.根据权利要求8所述的一种制备高纯度CVD钻石晶片的MPCVD装置，其特征在于：所述送料端盖(56)靠近箱体(51)的一端设置有电极板(562)，所述电极板(562)通过柔性板(561)与外界电源相连接。

10.根据权利要求9所述的一种制备高纯度CVD钻石晶片的MPCVD装置及方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤一：将经过预处理的基片放置在基片台(55)上；

步骤二：开启真空装置，将反应箱(5)内的空气抽出，开启微波发生器(2)和混气装置，将3sccm的甲烷通入反应箱(5)内，并使得反应箱(5)内的沉积气压保持在4kPa，沉积温度保持在800℃；

步骤三：形核过程中，开启基座(541)内的驱动装置，使得基片台(55)以0-60转/分钟的转速旋转；

步骤五：形核结束后，暂停通入甲烷，改为通入300sccm的氢气，以对晶核作刻蚀净化处理；

步骤六：刻蚀处理结束，再次通入甲烷，使得钻石晶片继续生长；

步骤七：每隔一段时间，循环一次步骤五和步骤六，直至获得预期量的钻石晶片。

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