CN115110148B - 一种单晶金刚石的制备方法 - Google Patents
一种单晶金刚石的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115110148B CN115110148B CN202210765660.3A CN202210765660A CN115110148B CN 115110148 B CN115110148 B CN 115110148B CN 202210765660 A CN202210765660 A CN 202210765660A CN 115110148 B CN115110148 B CN 115110148B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- grid
- seed crystal
- grooves
- substrate table
- 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.)
- Active
Links
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 49
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 108
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 54
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 30
- 238000005554 pickling Methods 0.000 claims description 28
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 22
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 19
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 4
- QZPSXPBJTPJTSZ-UHFFFAOYSA-N aqua regia Chemical compound Cl.O[N+]([O-])=O QZPSXPBJTPJTSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000003491 array Methods 0.000 description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000259 microwave plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/04—Diamond
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
- C30B25/186—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate being specially pre-treated by, e.g. chemical or physical means
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明属于金刚石制备领域，公开了一种单晶金刚石的制备方法。包括以下步骤：准备基板台，将酸洗后的籽晶清洗干净、吹干后放入基板台中，再将基板台放进沉积腔体中刻蚀；刻蚀完成后，通入甲烷，在温度为850~950℃，进行低温生长；在温度为950~1200℃进行高温生长；生长完成后，在高温生长温度的基础上再次升温100~150℃，保温1~2h，然后冷却至室温，得单晶金刚石。本发明的单晶金刚石制备方法能提升单晶金刚石生长面的平整度，减小应力，减缓籽晶边缘多晶生长，提高单次生长高度，可大批量制备中高品质高平整度单晶金刚石。
Description
技术领域
本发明属于金刚石制备领域，具体涉及一种单晶金刚石的制备方法。
背景技术
微波化学气相沉积法（MPCVD）凭借其等离子体密度大、无电极污染等优势，目前已成为制备高品质金刚石膜的首选方案。在MPCVD的沉积过程中，所使用基板台的结构特征以及所使用的制备方法对金刚石的沉积速率和制备质量存在重要影响。
为提升金刚石的沉积速率，基板台一般设置为开放式，该种结构的基板台，由于微波放电的“边沿效应”，导致在沉积金刚石时，籽晶的温度从边缘到中心逐渐减小，温差甚至可高达数十度，并且随着金刚石单晶生长面与基板台的高度差增加，金刚石单晶“边沿效应”增强，最终导致制备出的金刚石表面平整度极差，应力较大，不利于高新技术应用。
基于开放式的基板台所带来的问题，为获得高品质金刚石，目前常使用封闭式结构的基板台，该结构在生长初期改善了等离子体的能量分布，减缓了“边沿效应”，但是随着沉积时间的增加，生长面会高出基板台，导致毛坯的生长面不平等；如果基板台的生长凹槽太深，将会导致单晶金刚石的沉积速率极慢，增加了生产成本。
因此，有必要研发一种单晶金刚石制备的基板台结构以及与该结构相适配单晶金刚石的制备方法。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种单晶金刚石的制备方法，该方法可降低微波放电 “边沿效应”带来的籽晶边缘与中心区域的温差，各籽晶生长出平整的单晶金刚石，并且可以减缓多晶金刚石边缘生长速率，提高单次生长厚度。
为实现本发明目的，具体技术方案如下：
一种单晶金刚石的制备方法，包括以下步骤：
（1）挑选高度接近的籽晶，进行酸洗处理；
（2）准备基板台，将步骤（1）酸洗后的籽晶清洗干净、吹干后放入基板台，再将基板台放进沉积腔体中，抽真空后开始通入氢气，开启微波，在温度为700~1000℃，压强为17~21kPa下，刻蚀1~2h；
（3）刻蚀完成后，通入甲烷，在压强为17~24kPa、温度为850~950℃的环境中，低温生长12~24h；然后调节温度至950~1200℃、压强为17~24kPa，高温生长48~120h；
（4）生长完成后，停止通入甲烷，在高温生长温度的基础上提高100~150℃，保温1~2h，然后以100~200℃为梯度进行降温，并在各梯度温度保温1~2h，至室温，关闭微波，停止通入氢气，得单晶金刚石。
进一步地，步骤（1）中，使用籽晶酸洗装置对籽晶进行酸洗，所述籽晶酸洗装置包括固定板，所述固定板的上表面设置多个用于容纳籽晶的容纳槽，相邻的容纳槽之间设置连接通孔相互连通，所述连接通孔贯穿固定板上表面和下表面；
其中：容纳槽的宽度＞籽晶的宽度＞连接通孔的宽度，容纳槽的深度＞籽晶的高度。
优选地，所述容纳槽均匀分布在固定板的上表面，所述容纳槽分为多组，同组中的容纳槽通过连接通孔依次连通。
进一步优选地，多组容纳槽之间呈相互平行的列状，且同组中相邻的容纳槽之间间隔相同。
进一步优选地，位于每组最外端的两个容纳槽的外侧分别设置连接通孔，该设置利于最外端容纳槽中的籽晶的夹取与放置，也可以使最外端容纳槽中酸液的更均匀流出与排放。
优选地，所述籽晶为正方柱状结构，所述容纳槽为容纳籽晶的正方柱状空心结构。
优选地，所述容纳槽的深度比籽晶的高度大1~9mm，所述容纳槽的宽度比籽晶的宽度大0.1~1mm。
优选地，连接通孔为正方柱状空心结构。
优选地，所述固定板为多边形柱状结构或圆形柱状结构。
优选地，所述籽晶酸洗装置还包括支撑固定板的支撑柱；进一步优选地，所述支撑柱为阶梯柱状结构，支撑柱包括细端和粗端，所述固定板的边缘设置供支撑柱的细端穿过的定位通孔，所述粗端无法穿过该定位通孔。
进一步地，步骤（1）中，酸洗处理中，酸液为王水、浓硫酸中的一种或多种；酸洗至籽晶表面没有气泡产生为止；进一步优选酸洗时间为24~72h。
进一步地，步骤（1）中，所述高度接近的籽晶具体为：不同籽晶之间的高度差≤0.09mm。
进一步地，步骤（2）中，所述基板台设置多个容纳籽晶的网格凹槽，网格凹槽底部设置有均热凹槽，所述均热凹槽的长、宽尺寸小于籽晶的长、宽尺寸。
进一步地，步骤（2）中，所述基板台包括圆柱形结构或圆台形结构的基板台主体，所述基板台主体的上表面设置多个容纳籽晶的网格凹槽；
所述网格凹槽在基板台主体的上表面由中心至边缘方向分层排布，所述网格凹槽包括最外层的外圈网格凹槽和位于外圈网格凹槽内侧的内部网格凹槽，所述内部网格凹槽的深度比籽晶厚度小0.05~0.15mm，所述外圈网格凹槽的深度比内部网格凹槽的深度小0.05~0.2mm；
所述网格凹槽的底部设置有均热凹槽，所述均热凹槽的长、宽尺寸小于籽晶的长、宽尺寸。
优选地，均热凹槽位于网格凹槽的底部中心区域。
优选地，所述籽晶为正方柱状结构，所述网格凹槽为正方柱状空心结构；进一步优选地，所述网格凹槽的宽度比籽晶的宽度大0.15~0.5mm。
优选地，所述均热凹槽为正方柱状空心结构；进一步优选地，所述均热凹槽的深度为0.05~0.3mm，所述均热凹槽的宽度比籽晶的宽度小2~4mm。
优选地，所述网格凹槽均匀设置在所述基板台主体的上表面；进一步优选地，所述网格凹槽在基板台主体的上表面呈多条线性阵列排布、多层圆周阵列排布、多层矩形阵列排布中的任一种排布方式。
优选地，最靠外的第一、二层或第一层为外圈网格凹槽。
优选地，所述外圈网格凹槽离基板台主体的边缘之间的最近距离不小于1mm。
优选地，相邻网格凹槽之间距离为0.2~0.5mm。
优选地，相邻的网格凹槽之间相互连通。考虑到金刚石生长一定时间后，基板台上会开始生长多晶金刚石，将相邻的网格凹槽连通，会使得整个基板台的各点温度差及各籽晶的温差减小。
进一步地，步骤（2）中，所述基板台包括网格板和钼托，所述网格板为圆形柱状结构，所述钼托为圆柱形或圆台形结构，所述网格板的厚度比籽晶的厚度小0.05~0.15mm，所述网格板上设置有多个贯穿网格板的网格，所述网格板的下表面贴合置于钼托的上表面；
所述网格与钼托上表面形成容纳籽晶的网格凹槽，所述网格凹槽底部的钼托上表面内凹形成均热凹槽，所述均热凹槽的长、宽尺寸小于籽晶的长、宽尺寸。
优选地，均热凹槽位于网格凹槽底部中心。
优选地，所述网格板和钼托为直径相同的圆形柱状结构。
优选地，所述籽晶为正方柱状结构，所述网格凹槽为正方柱状空心结构；进一步优选地，所述网格凹槽的宽度比籽晶的宽度大0.15~0.5mm。
优选地，所述均热凹槽为正方柱状空心结构；进一步优选地，所述均热凹槽的深度为0.05~0.3mm，所述均热凹槽的宽度比籽晶的宽度小2~4mm。
优选地，所述网格均匀设置在网格板上；进一步优选地，所述网格在网格板上呈多条线性阵列排布、多层圆周阵列排布、多层矩形阵列排布中的一种排布方式；进一步优选地，所述网格板中相邻网格之间的距离为0.2~0.5mm。
优选地，所述钼托的上表面粗糙度为1.6~10μm。
优选地，所述网格板的下表面边缘凸出形成凸台，所述钼托的上表面边缘内凹形成与凸台相适配的台阶，网格板和钼托通过凸台和台阶配合可拆卸叠置。
进一步地，步骤（2）~（4）中，氢气的通入流量为400~500sccm；步骤（3）中，甲烷流量值为8~75sccm。
进一步地，步骤（2）~（4）中，升温速率为5~20℃/min；步骤（4）中，降温速率为1~2℃/min。
本发明中提及的正方柱状（空心）结构为长、宽相等的长方体（空心）结构。
相对现有技术，本发明的有益效果在于：
（1）本发明的单晶金刚石制备方法能提升单晶金刚石生长面的平整度，减小应力及微观缺陷，减缓籽晶边缘多晶生长，提高单次生长高度，可大批量制备中高品质高平整度单晶金刚石。
（2）本发明通过在基板台上网格中设置均热凹槽，降低微波放电 “边沿效应”带来的籽晶边缘与中心区域的温差，各籽晶生长出平整的单晶金刚石，并且可以减缓多晶金刚石边缘生长速率，提高单次生长厚度。
（3）本发明创造性地将单晶金刚石生长分为两个阶段，包括初期的低温生长和后期的高温生长；该分步工艺进一步提升单晶金刚石生长面的平整度。
（4）本发明的籽晶酸洗装置能提高酸洗速率与质量，节约了生产成本。其创造性地设置连接通孔，便于籽晶在容纳槽中的放置与夹取，进行清洗时，将清洗装置缓慢放进酸洗容器中，酸液会通过连接通孔进入容纳槽，由于金刚石籽晶密度大于酸液密度，酸液会慢慢浸没酸洗籽晶，由于密度原因或进一步对容纳槽的宽度尺寸进行限定，使容纳槽内的籽晶不会出现侧翻，从而保证生长面始终向上；清洗完毕后，将清洗装置从酸洗容器中取出，容纳槽中的酸液通过连接通孔流出，确保容纳槽中无大量酸液残留。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1为本发明实施例工艺流程图；
图2为实施例1的基板台的俯视结构示意图；
图3为实施例1的基板台的侧视结构示意图；
图4为实施例1的立体装配结构示意图；
图5为实施例3的基板台的俯视结构图；
图6为实施例3的基板台的剖面结构图；
图7为图6中局部放大结构图；
图8为实施例5的籽晶酸洗装置的立体结构示意图；
图9为实施例5的籽晶酸洗装置的俯视结构示意图；
图10为实施例5的籽晶酸洗装置的剖面结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1
如图2~4所示，本实施例提供一种单晶金刚石生长用基板台，基板台包括网格板1和钼托2，网格板1和钼托2为直径相同的圆形柱状结构，其直径均为50.6mm，两者可拆卸叠置，叠置后形成的基板台高10mm，具体为：网格板1的下表面边缘凸出形成凸台，凸台的内径、外径、高度分别为49mm、50.6mm、0.05mm，钼托2的上表面边缘内凹形成与凸台相适配的台阶，台阶的内径、外径、深度分别为48.9mm、50.6mm、0.06mm，网格板1和钼托2通过凸台和台阶配合可拆卸叠置；钼托2的上表面粗糙度为10μm。
本实施例中，网格板1上设置有21个贯穿网格板的正方柱状空心结构的网格，网格板1的下表面贴合置于钼托2的上表面，网格在网格板1上呈多条线性阵列排布，网格1与钼托2上表面形成容纳籽晶的网格凹槽3，网格凹槽3的底部中心设置有正方柱状空心结构的均热凹槽4。
本实施例中，待容纳籽晶的长宽高参数为7mm×7mm×0.3mm，网格凹槽3宽度为7.5mm，网格凹槽3深度与网格板1的厚度均为0.1mm，均热凹槽4的深度为0.05mm，均热凹槽4的宽度为4mm，用于减少籽晶边缘与中心区域的温度差，使生长面平整。
实施例2
本实施例与实施例1基本一致，不同点在于：钼托的上表面粗糙度为3μm。
实施例3
如图5~6所示，本实施例提供一种单晶金刚石生长用的基板台，基板台包括圆柱形结构的基板台主体5，基板台主体5为直径50.6mm、厚度为10mm的圆柱形结构，基板台主体5的上表面均匀分布有21个正方柱状空心结构的网格凹槽6，用于对籽晶的容纳以及限位，呈现分层设置的线性阵列排列，待容纳籽晶的长宽高参数为7mm×7mm×0.3mm，每个网格凹槽6的宽度均为7.5mm；
本实施例中，网格凹槽6在基板台主体1的上表面由中心至边缘方向分层排布，网格凹槽6包括外层的外圈网格凹槽和位于外圈网格凹槽内侧的内部网格凹槽，外圈网格凹槽的深度为0.1mm，内部网格凹槽的深度为0.15mm；外圈网格凹槽离基板台主体的边缘之间的最近距离为1mm。
本实施例中，每个网格凹槽6的底部中心设置有正方柱状空心结构的均热凹槽7，均热凹槽7的深度为0.05mm，均热凹槽7的宽度为3mm，均热凹槽7的设置可减少籽晶边缘与中心区域的温度差，使生长面平整。
本实施例中，相邻网格凹槽之间距离为0.2~0.5mm。且相邻的网格凹槽之间相互连通，具体在本实施例中表现为相邻网格凹槽在连接顶角处相互连通，进一步减小整个基板台的各点温度差及各籽晶的温差。
实施例4
本实施例与实施例3基本一致，不同点在于：内部网格凹槽的深度为0.20mm。
实施例5
参见图7~10，本实施例公开了一种籽晶酸洗装置，包括正方柱状结构的固定板8和支撑固定板8的支撑柱9。固定板8边长为100mm，厚10mm。
固定板8上均匀设置45个正方柱状空心结构的容纳槽10，45个容纳槽10分成9组，每组之间呈列（行）状相互平行设置、且均与固定板8上相对两侧平行或垂直，同组中的容纳槽10通过连接通孔11依次连通，本实施例中的连接通孔11贯穿固定板8上表面和下表面。
本实施例中，位于每组最外端的两个容纳槽10的外侧分别额外设置连接通孔11，可用于镊子通过，便于取出或存放，可用于酸液的进入与排放。
本实施例中，籽晶为正方柱状结构，容纳槽10、连接通孔11均为正方柱状空心结构。容纳槽10深度为9mm，宽度为7.5mm，同组中相邻的容纳槽10之间间隔均为15mm，连接通孔11的宽度为5mm，长度为15mm，相邻的容纳槽组之间距离8mm。
本实施例中，支撑柱9设置4根，其为阶梯圆柱状结构，支撑柱9包括细端和粗端，细端直径为7.9mm，细端长度为40mm，粗端直径为10mm，粗端长度为10mm。固定板8的边缘设置4个供支撑柱9的细端穿过的定位通孔5，定位通孔5内径为8mm。
本实施例的籽晶酸洗装置的使用方法如下：
用镊子依次将7mm×7mm×0.3mm籽晶按编号，生长面向上放进容纳槽10中，待放置完成后将籽晶酸洗装置缓慢放进酸洗容器中，对籽晶进行酸洗，待酸洗完成后，取出籽晶酸洗装置。之后将籽晶酸洗装置放进盛有去离子水的容器中，重复清洗5次。
实施例6
本实施提供一种单晶金刚石的制备方法，包括以下步骤：
（1）挑选出高度接近的籽晶（7mm×7mm×0.3mm），高度差≤0.09mm。在显微镜中观察籽晶生长面形貌，剔除不合格籽晶。将合格籽晶依次放进实施例5中的籽晶酸洗装置中并记录编号，用去离子水超声清洗10min，最后将籽晶酸洗装置放进王水中进行酸洗，酸洗至籽晶表面没有气泡产生为止；
（2）将酸洗后的籽晶依次用去离子水、丙酮、无水乙醇超声10min，并用干燥氮气吹干。将籽晶依次按编号放到实施例1中基板台的网格凹槽中，放置完成后将基板台放进沉积腔体中。将腔体压强抽至0.8Pa以下，打开氢气阀门，设定氢气流量值为500sccm，当压强升至1kPa后，开启微波，设定微波功率为600W，设定升温速度为10℃/min升温至900℃，压强升值21KPa，刻蚀1h；
（3）刻蚀完成后，打开甲烷阀门，设定甲烷流量值为40sccm，设定压强为21kPa，温度保持为900℃，进行低温生长12h，之后设定升温速度为10℃/min升温至1050℃，设定压强为21KPa，进行高温生长100h；
（4）当生长完成后，关闭甲烷阀门，停止通入甲烷，设定升温速度为5℃/min升温至1200℃，保温1h，之后以100℃为梯度，以2℃/min进行降温，并在各梯度温度保温1h，至室温，关闭微波，停止通入氢气，得单晶金刚石。
实施例7
本实施例与实施例6基本一致，不同点在于：使用实施例2中的单晶金刚石生长用基板台。
实施例8
本实施例与实施例6基本一致，不同点在于：使用实施例3中的单晶金刚石生长用基板台。
实施例9
本实施例与实施例6基本一致，不同点在于：使用实施例4中的单晶金刚石生长用基板台。
对比例1
本对比例与实施例1基本一致，不同点在于：不设置均热凹槽。
对比例2
本对比例与实施例6基本一致，不同点在于：使用对比文件1中的基板台。
对比例3
本对比例与实施例6基本一致，不同点在于：步骤（3）中，刻蚀完成后，打开甲烷阀门，设定甲烷流量值为40sccm，设定升温速度为10℃/min升温至1050℃，设定压强为21KPa，进行高温生长100h。
对比例4
本实施例与实施例3基本一致，不同点在于：内部网格凹槽的深度与外圈网格凹槽的深度相同，均为0.15mm。
对比例5
本实施例与实施例8基本一致，不同点在于：使用对比文件4中的基板台。
对比例6
本实施例与实施例8基本一致，不同点在于：步骤（3）中，刻蚀完成后，打开甲烷阀门，设定甲烷流量值为40sccm，设定升温速度为10℃/min升温至1050℃，设定压强为21KPa，进行高温生长100h。
对实施例6~9和对比例2/3/5/6的单晶金刚石的生长过程进行检测，其结果说明本发明单晶金刚石的制备方法可提高金刚石生长表面平整度，减缓单晶金刚石边缘生长速率。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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包含范围之内。
Claims (6)
1.一种单晶金刚石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）挑选高度接近的籽晶，进行酸洗处理；使用籽晶酸洗装置对籽晶进行酸洗，所述籽晶酸洗装置包括固定板，所述固定板的上表面设置多个用于容纳籽晶的容纳槽，相邻的容纳槽之间设置连接通孔相互连通，所述连接通孔贯穿固定板上表面和下表面；其中：容纳槽的宽度＞籽晶的宽度＞连接通孔的宽度，容纳槽的深度＞籽晶的高度；
（2）准备基板台，将步骤（1）酸洗后的籽晶清洗干净、吹干后放入基板台，再将基板台放进沉积腔体中，抽真空后开始通入氢气，开启微波，在温度为700~1000℃，压强为17~21kPa下，刻蚀1~2h；所述基板台设置多个容纳籽晶的网格凹槽，网格凹槽底部设置有均热凹槽，所述均热凹槽的长、宽尺寸小于籽晶的长、宽尺寸；
（3）刻蚀完成后，通入甲烷，在压强为17~24kPa、温度为850~950℃的环境中，低温生长12~24h；然后调节温度至950~1200℃、压强为17~24kPa，高温生长48~120h；
（4）生长完成后，停止通入甲烷，在高温生长温度的基础上提高100~150℃，保温1~2h，然后以100~200℃为梯度进行降温，并在各梯度温度保温1~2h，至室温，关闭微波，停止通入氢气，得单晶金刚石；
其中：
步骤（2）中，所述基板台包括网格板和钼托，所述网格板为圆柱形结构，所述钼托为圆柱形或圆台形结构，所述网格板的厚度比籽晶的厚度小0.05~0.15mm，所述网格板上设置有多个贯穿网格板的网格，所述网格板的下表面贴合置于钼托的上表面；
所述网格与钼托上表面形成容纳籽晶的网格凹槽，所述网格凹槽的底部设置有均热凹槽，所述均热凹槽的长、宽尺寸小于籽晶的长、宽尺寸。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，酸洗处理中，酸液为王水、浓硫酸中的一种或多种；酸洗至籽晶表面没有气泡产生为止。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述高度接近的籽晶具体为：不同籽晶之间的高度差≤0.09mm。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述籽晶、网格凹槽、均热凹槽均为正方柱状结构；所述网格凹槽的宽度比籽晶的宽度大0.15~0.5mm；所述均热凹槽的深度为0.05~0.3mm，所述均热凹槽的宽度比籽晶的宽度小2~4mm。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）~（4）中，氢气的通入流量为400~500sccm；步骤（3）中，甲烷流量值为8~75sccm。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）~（4）中，升温速率为5~20℃/min；步骤（4）中，降温速率为1~2℃/min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210765660.3A CN115110148B (zh) | 2022-07-01 | 2022-07-01 | 一种单晶金刚石的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210765660.3A CN115110148B (zh) | 2022-07-01 | 2022-07-01 | 一种单晶金刚石的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115110148A CN115110148A (zh) | 2022-09-27 |
| CN115110148B true CN115110148B (zh) | 2023-12-05 |
Family
ID=83329709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210765660.3A Active CN115110148B (zh) | 2022-07-01 | 2022-07-01 | 一种单晶金刚石的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115110148B (zh) |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106048719A (zh) * | 2016-07-08 | 2016-10-26 | 武汉大学 | 一种微波等离子体化学气相法生长单晶金刚石的基片台和方法 |
| WO2018104689A1 (fr) * | 2016-12-09 | 2018-06-14 | Diam Concept | Réacteur modulaire pour le dépôt assisté par plasma microonde |
| CN110983437A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-10 | 长沙新材料产业研究院有限公司 | 一种生产单晶金刚石的方法 |
| CN214718736U (zh) * | 2020-12-21 | 2021-11-16 | 扬州申威光电器材有限公司 | 一种类单晶籽晶酸洗装置 |
| CN215560802U (zh) * | 2021-05-17 | 2022-01-18 | 四川瑞能晶石科技有限公司 | 一种用于mpcvd制备单晶金刚石的基片台承载装置 |
| CN114016005A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-02-08 | 河北普莱斯曼金刚石科技有限公司 | 一种单晶金刚石多片共同生长的制备方法 |
| CN114086253A (zh) * | 2021-11-25 | 2022-02-25 | 长沙新材料产业研究院有限公司 | 一种电子级金刚石的制备方法 |
| CN114411250A (zh) * | 2022-01-21 | 2022-04-29 | 哈尔滨工业大学 | 一种mpcvd单晶金刚石拼接生长方法 |
| CN114561698A (zh) * | 2022-03-02 | 2022-05-31 | 河南天璇半导体科技有限责任公司 | 一种mpcvd法批量生产金刚石单晶的方法、钼质基片台 |
| CN216827537U (zh) * | 2022-01-13 | 2022-06-28 | 东莞市翔通光电技术有限公司 | 一种玻璃盖板清洗装置 |
| CN217628727U (zh) * | 2022-07-01 | 2022-10-21 | 安徽光智科技有限公司 | 用于生长单晶金刚石的基板台 |
| CN217869189U (zh) * | 2022-07-01 | 2022-11-22 | 安徽光智科技有限公司 | 一种单晶金刚石生长用的基板台 |
| CN217990226U (zh) * | 2022-07-01 | 2022-12-09 | 安徽光智科技有限公司 | 一种籽晶酸洗装置 |
-
2022
- 2022-07-01 CN CN202210765660.3A patent/CN115110148B/zh active Active
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106048719A (zh) * | 2016-07-08 | 2016-10-26 | 武汉大学 | 一种微波等离子体化学气相法生长单晶金刚石的基片台和方法 |
| WO2018104689A1 (fr) * | 2016-12-09 | 2018-06-14 | Diam Concept | Réacteur modulaire pour le dépôt assisté par plasma microonde |
| CN110983437A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-10 | 长沙新材料产业研究院有限公司 | 一种生产单晶金刚石的方法 |
| CN214718736U (zh) * | 2020-12-21 | 2021-11-16 | 扬州申威光电器材有限公司 | 一种类单晶籽晶酸洗装置 |
| CN215560802U (zh) * | 2021-05-17 | 2022-01-18 | 四川瑞能晶石科技有限公司 | 一种用于mpcvd制备单晶金刚石的基片台承载装置 |
| CN114016005A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-02-08 | 河北普莱斯曼金刚石科技有限公司 | 一种单晶金刚石多片共同生长的制备方法 |
| CN114086253A (zh) * | 2021-11-25 | 2022-02-25 | 长沙新材料产业研究院有限公司 | 一种电子级金刚石的制备方法 |
| CN216827537U (zh) * | 2022-01-13 | 2022-06-28 | 东莞市翔通光电技术有限公司 | 一种玻璃盖板清洗装置 |
| CN114411250A (zh) * | 2022-01-21 | 2022-04-29 | 哈尔滨工业大学 | 一种mpcvd单晶金刚石拼接生长方法 |
| CN114561698A (zh) * | 2022-03-02 | 2022-05-31 | 河南天璇半导体科技有限责任公司 | 一种mpcvd法批量生产金刚石单晶的方法、钼质基片台 |
| CN217628727U (zh) * | 2022-07-01 | 2022-10-21 | 安徽光智科技有限公司 | 用于生长单晶金刚石的基板台 |
| CN217869189U (zh) * | 2022-07-01 | 2022-11-22 | 安徽光智科技有限公司 | 一种单晶金刚石生长用的基板台 |
| CN217990226U (zh) * | 2022-07-01 | 2022-12-09 | 安徽光智科技有限公司 | 一种籽晶酸洗装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李金桂.现代表面工程设计手册.国防工业出版社,2000,(第1版),516-518. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115110148A (zh) | 2022-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN217628727U (zh) | 用于生长单晶金刚石的基板台 | |
| KR100836827B1 (ko) | 배아줄기세포의 배상체 형성용 배양용기 | |
| CN210341057U (zh) | 一种用于外延生长的反应装置 | |
| CA2629813A1 (en) | Process for production of zeolite film | |
| CN215856452U (zh) | 一种基于微波等离子体化学气相沉积的单晶金刚石基片台 | |
| CN217869189U (zh) | 一种单晶金刚石生长用的基板台 | |
| CN115110148B (zh) | 一种单晶金刚石的制备方法 | |
| CN104499047A (zh) | 一种异质外延生长大尺寸单晶金刚石的衬底及其制备方法 | |
| WO2021196341A1 (zh) | 用微波等离子体技术生长单晶钻石的基片台及生长方法 | |
| CN114411250B (zh) | 一种mpcvd单晶金刚石拼接生长方法 | |
| CN217990226U (zh) | 一种籽晶酸洗装置 | |
| CN111334781A (zh) | 一种氮化铝晶体生长所用的大尺寸复合籽晶及其制备方法 | |
| CN116905084A (zh) | 微波等离子体化学气相沉积技术生长单晶金刚石的基片台及方法 | |
| CN114561698A (zh) | 一种mpcvd法批量生产金刚石单晶的方法、钼质基片台 | |
| CN211771655U (zh) | 一种高质量金刚石生长托盘和生长系统 | |
| CN219059207U (zh) | 单晶金刚石生长用的基板台 | |
| CN102424957B (zh) | 一种气相沉积用多层制品支架及化学气相沉积反应室 | |
| CN111020699A (zh) | 一种提高微波等离子体生长单晶钻石生长速度的基片台 | |
| CN215517746U (zh) | 一种微波化学气相沉积法制备单晶金刚石用的沉积台 | |
| CN114016005A (zh) | 一种单晶金刚石多片共同生长的制备方法 | |
| CN115726030A (zh) | 一种单晶金刚石的制备方法 | |
| CN107522191B (zh) | 一种基于自限制形核生长的大尺寸高质量石墨烯制备方法 | |
| CN113174633B (zh) | 一种pvt法单晶扩径生长装置及生长方法 | |
| CN113620279B (zh) | 一种在绝缘衬底上制备石墨烯的方法 | |
| CN116200825A (zh) | 一种去除多晶缺陷的高品质单晶金刚石制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240509 Address after: 511517 area B, no.27-9 Baijia Industrial Park, Qingyuan high tech Zone, Guangdong Province Patentee after: FIRST SEMICONDUCTOR MATERIALS Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 239064 No.100 Nanjing Road, Langya Economic Development Zone, Chuzhou City, Anhui Province Patentee before: Anhui Guangzhi Technology Co.,Ltd. Country or region before: China |