CN115198359A - 一种用mpcvd装置把毛发碳源培育成钻石的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用MPCVD装置把毛发碳源培育成钻石的方法，包括以下步骤；步骤一：单晶金刚石衬底预处理；步骤二：原料放置；步骤三：反应生长：将氢气通入MPCVD装置本体的反应腔体内，使氢气产生氢等离子体，利用等离子体将滤网板上的毛发束刻蚀，利用毛发束刻蚀产生的碳源气体帮助单晶金刚石的生长；步骤四：加工：利用激光切除使用后的衬底，并对生长后的单晶金刚石进行雕刻加工，制成钻石。该用MPCVD装置把毛发碳源培育成钻石的方法通过MPCVD装置本体和微波等离子体化学气相沉积法，结合氢气产生的氢等离子体，对毛发束进行刻蚀，能够提成本的提供大量高浓度的碳源气体，同时可以生产出质量较好的钻石样品，提高了钻石产品的性价比。
Description
技术领域
本发明涉及钻石合成技术领域，具体为一种用MPCVD装置把毛发碳源培育成钻石的方法。
背景技术
钻石是经过琢磨的金刚石，集强折射率，高硬度，高色散值为一体，美丽稀有，而随着现在科技的发展，钻石也可以利用技术进行培育，培育钻石是在实验室里模拟天然钻石的自然形成环境培育而成的合成钻石，以HTHP法(高温高压)和CVD法(化学气相沉淀法)合成为主，又称生长钻石，其中利用MPCVD装置的CVD法是目前国内外制备单晶金刚石应用最广泛的方法；
目前利用MPCVD法合成单晶金刚石的碳源为甲烷气体，价格昂贵，且甲烷气体中的碳源含量较少，因此碳原子的沉淀时间较长，导致钻石的培育速率较低，不能够合理有效的利用廉价的碳源对钻石进行高效沉淀和培育，同时不能够有效规避碳源生成时产生的杂质，所以我们提出了一种用MPCVD装置把毛发碳源培育成钻石的方法，以便于解决上述中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用MPCVD装置把毛发碳源培育成钻石的方法，以解决上述背景技术提出的目前市场上MPCVD法中甲烷气体中的碳源含量较少，因此碳原子的沉淀时间较长，导致钻石的培育速率较低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用MPCVD装置把毛发碳源培育成钻石的方法，包括以下步骤；
步骤一：单晶金刚石衬底预处理：通过机械抛光，衬底表面的粗糙度降低、位错减少，为单晶金刚石的平滑生长提供了必要条件，并通过用加热的硫酸或王水对其清洗，除去单晶金刚石衬底表面的金属和石墨等杂质，随后工作人员可将单晶金刚石衬底和准备好的毛发放置在丙酮或酒精溶液中进行超声清洗，取出衬底和毛发表面的杂质，并为金刚石的生长提供良好的生长环境，而为了进一步提高单晶金刚石的质量以及改善表面形貌，还需要对衬底进行等离子体刻蚀处理，减少衬底表面由机械抛光过程引起的晶体缺陷、表面及亚表面损伤等，之后将清洗和处理后的单晶金刚石衬底和毛发烘干；
步骤二：原料放置：工作人员可通过将毛发揉搓编织成多组毛发束，并将各组毛发束放置在MPCVD装置本体内部滤网板上的凹槽内，随后工作人员可通过将各个单晶金刚石衬底逐个放置在基片台上的凹槽内；
步骤三：反应生长：将氢气通入MPCVD装置本体的反应腔体内，并加热基片台，随后调节MPCVD装置本体的微波功率，使氢气产生氢等离子体，利用等离子体将滤网板上的毛发束刻蚀，利用毛发束刻蚀产生的碳源气体帮助单晶金刚石的生长(空气中游离的碳原子会被附近的碳原子结构吸引，所以他们会逐渐附着在单晶金刚石衬底上，与单晶金刚石衬底的碳原子结合，形成新的化学键，从而让单晶金刚石逐步长大)；
步骤四：加工：通过将基片台上生长后的单晶金刚石取出，利用激光切除使用后的衬底，并对生长后的单晶金刚石进行雕刻加工，制成钻石。
优选的，步骤二中所述的基片台位于滤网板的正下方，所述基片台上的凹槽呈等角度分布，步骤二中所述的基片台上的凹槽深度大于单晶金刚石衬底的厚度。
优选的，步骤二中所述的滤网板上的凹槽呈阵列分布，所述滤网板上的凹槽深度大于毛发束的直径，步骤二中所述的毛发束的直径为1～2mm。
优选的，步骤三中所述的基片台位于MPCVD装置本体内部中间部位，步骤三中所述的基片台的加热温度在800～1300℃。
优选的，步骤三中所述的MPCVD装置本体的微波功率为1000～2000W，且MPCVD装置本体内部环境为真空状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该用MPCVD装置把毛发碳源培育成钻石的方法通过MPCVD装置本体和微波等离子体化学气相沉积法，结合氢气产生的氢等离子体，对毛发束进行刻蚀，能够提成本的提供大量高浓度的碳源气体，减少了沉积时间，提升了培育效率，同时可以生产出质量较好的钻石样品，提高了钻石产品的性价比；通过滤网板上阵列分布的凹槽，能够保证毛发放置状态的稳定均匀和稳定，同时利用基片台上等角度分布的凹槽，能够保证单晶金刚石衬底放置状态的稳定，进而能够保证各组毛发气化生成的碳原子，能够与MPCVD装置本体内部的氢等离子体均匀混合，以及均匀分布，进而能够与各个单晶金刚石衬底进行均匀接触，从而能够保证各个单晶金刚石衬底生长状态的稳定和均匀，同时利用滤网板能够对毛发气化过程中产生的杂质进行拦截，进而能够有效避免毛发气化过程中产生的杂质对单晶金刚石的生长造成不良影响，影响单晶金刚石的纯度。
附图说明
图1为本发明MPCVD装置本体结构示意图；
图2为本发明基片台结构示意图；
图3为本发明滤网板结构示意图。
图中：1、MPCVD装置本体；2、基片台；3、滤网板。
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。
实施例1；
步骤一：单晶金刚石衬底预处理：通过机械抛光，衬底表面的粗糙度降低、位错减少，为单晶金刚石的平滑生长提供了必要条件，并通过用加热的硫酸或王水对其清洗，除去单晶金刚石衬底表面的金属和石墨等杂质，随后工作人员可将单晶金刚石衬底和准备好的毛发放置在丙酮或酒精溶液中进行超声清洗，取出衬底和毛发表面的杂质，并为金刚石的生长提供良好的生长环境，而为了进一步提高单晶金刚石的质量以及改善表面形貌，还需要对衬底进行等离子体刻蚀处理，减少衬底表面由机械抛光过程引起的晶体缺陷、表面及亚表面损伤等，之后将清洗和处理后的单晶金刚石衬底和毛发烘干；
步骤二：原料放置：工作人员可通过将毛发揉搓编织成多组毛发束，使其直径为1mm，并将各组毛发束放置在MPCVD装置本体1内部滤网板3上的凹槽内，随后工作人员可通过将各个单晶金刚石衬底逐个放置在基片台2上的凹槽内；
步骤三：反应生长：将氢气通入MPCVD装置本体1的反应腔体内，并加热基片台2，加热温度为800℃，随后调节MPCVD装置本体1的微波功率，调节至1000W，使氢气产生氢等离子体，利用等离子体将滤网板3上的毛发束刻蚀，利用毛发束刻蚀产生的碳源气体帮助单晶金刚石的生长空气中游离的碳原子会被附近的碳原子结构吸引，所以他们会逐渐附着在单晶金刚石衬底上，与单晶金刚石衬底的碳原子结合，形成新的化学键，从而让单晶金刚石逐步长大；
步骤四：加工：通过将基片台2上生长后的单晶金刚石取出，使用拉曼光谱对沉积完成后的金刚石进行表征，得到1332cm-1特征峰的半高宽，利用激光切除使用后的衬底，并对生长后的单晶金刚石进行雕刻加工，制成钻石。
实施例2；
步骤一：单晶金刚石衬底预处理：通过机械抛光，衬底表面的粗糙度降低、位错减少，为单晶金刚石的平滑生长提供了必要条件，并通过用加热的硫酸或王水对其清洗，除去单晶金刚石衬底表面的金属和石墨等杂质，随后工作人员可将单晶金刚石衬底和准备好的毛发放置在丙酮或酒精溶液中进行超声清洗，取出衬底和毛发表面的杂质，并为金刚石的生长提供良好的生长环境，而为了进一步提高单晶金刚石的质量以及改善表面形貌，还需要对衬底进行等离子体刻蚀处理，减少衬底表面由机械抛光过程引起的晶体缺陷、表面及亚表面损伤等，之后将清洗和处理后的单晶金刚石衬底和毛发烘干；
步骤二：原料放置：工作人员可通过将毛发揉搓编织成多组毛发束，使其直径为1.5mm，并将各组毛发束放置在MPCVD装置本体1内部滤网板3上的凹槽内，随后工作人员可通过将各个单晶金刚石衬底逐个放置在基片台2上的凹槽内；
步骤三：反应生长：将氢气通入MPCVD装置本体1的反应腔体内，并加热基片台2，加热温度为1000℃，随后调节MPCVD装置本体1的微波功率，调节至1200W，使氢气产生氢等离子体，利用等离子体将滤网板3上的毛发束刻蚀，利用毛发束刻蚀产生的碳源气体帮助单晶金刚石的生长空气中游离的碳原子会被附近的碳原子结构吸引，所以他们会逐渐附着在单晶金刚石衬底上，与单晶金刚石衬底的碳原子结合，形成新的化学键，从而让单晶金刚石逐步长大；
步骤四：加工：通过将基片台2上生长后的单晶金刚石取出，使用拉曼光谱对沉积完成后的金刚石进行表征，得到1332cm-1特征峰的半高宽，利用激光切除使用后的衬底，并对生长后的单晶金刚石进行雕刻加工，制成钻石。
实施例3；
步骤一：单晶金刚石衬底预处理：通过机械抛光，衬底表面的粗糙度降低、位错减少，为单晶金刚石的平滑生长提供了必要条件，并通过用加热的硫酸或王水对其清洗，除去单晶金刚石衬底表面的金属和石墨等杂质，随后工作人员可将单晶金刚石衬底和准备好的毛发放置在丙酮或酒精溶液中进行超声清洗，取出衬底和毛发表面的杂质，并为金刚石的生长提供良好的生长环境，而为了进一步提高单晶金刚石的质量以及改善表面形貌，还需要对衬底进行等离子体刻蚀处理，减少衬底表面由机械抛光过程引起的晶体缺陷、表面及亚表面损伤等，之后将清洗和处理后的单晶金刚石衬底和毛发烘干；
步骤二：原料放置：工作人员可通过将毛发揉搓编织成多组毛发束，使其直径为2mm，并将各组毛发束放置在MPCVD装置本体1内部滤网板3上的凹槽内，随后工作人员可通过将各个单晶金刚石衬底逐个放置在基片台2上的凹槽内；
步骤三：反应生长：将氢气通入MPCVD装置本体1的反应腔体内，并加热基片台2，加热温度为1200℃，随后调节MPCVD装置本体1的微波功率，调节至1500W，使氢气产生氢等离子体，利用等离子体将滤网板3上的毛发束刻蚀，利用毛发束刻蚀产生的碳源气体帮助单晶金刚石的生长空气中游离的碳原子会被附近的碳原子结构吸引，所以他们会逐渐附着在单晶金刚石衬底上，与单晶金刚石衬底的碳原子结合，形成新的化学键，从而让单晶金刚石逐步长大；
步骤四：加工：通过将基片台2上生长后的单晶金刚石取出，使用拉曼光谱对沉积完成后的金刚石进行表征，得到1332cm-1特征峰的半高宽，利用激光切除使用后的衬底，并对生长后的单晶金刚石进行雕刻加工，制成钻石。
实施例4；
步骤一：单晶金刚石衬底预处理：通过机械抛光，衬底表面的粗糙度降低、位错减少，为单晶金刚石的平滑生长提供了必要条件，并通过用加热的硫酸或王水对其清洗，除去单晶金刚石衬底表面的金属和石墨等杂质，随后工作人员可将单晶金刚石衬底和准备好的毛发放置在丙酮或酒精溶液中进行超声清洗，取出衬底和毛发表面的杂质，并为金刚石的生长提供良好的生长环境，而为了进一步提高单晶金刚石的质量以及改善表面形貌，还需要对衬底进行等离子体刻蚀处理，减少衬底表面由机械抛光过程引起的晶体缺陷、表面及亚表面损伤等，之后将清洗和处理后的单晶金刚石衬底和毛发烘干；
步骤二：原料放置：工作人员可通过将毛发揉搓编织成多组毛发束，使其直径为2mm，并将各组毛发束放置在MPCVD装置本体1内部滤网板3上的凹槽内，随后工作人员可通过将各个单晶金刚石衬底逐个放置在基片台2上的凹槽内；
步骤三：反应生长：将氢气通入MPCVD装置本体1的反应腔体内，并加热基片台2，加热温度为1300℃，随后调节MPCVD装置本体1的微波功率，调节至2000W，使氢气产生氢等离子体，利用等离子体将滤网板3上的毛发束刻蚀，利用毛发束刻蚀产生的碳源气体帮助单晶金刚石的生长空气中游离的碳原子会被附近的碳原子结构吸引，所以他们会逐渐附着在单晶金刚石衬底上，与单晶金刚石衬底的碳原子结合，形成新的化学键，从而让单晶金刚石逐步长大；
步骤四：加工：通过将基片台2上生长后的单晶金刚石取出，使用拉曼光谱对沉积完成后的金刚石进行表征，得到1332cm-1特征峰的半高宽，利用激光切除使用后的衬底，并对生长后的单晶金刚石进行雕刻加工，制成钻石。
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 (5)
1.一种用MPCVD装置把毛发碳源培育成钻石的方法，其特征在于：包括以下步骤；
步骤一：单晶金刚石衬底预处理：通过机械抛光，衬底表面的粗糙度降低、位错减少，为单晶金刚石的平滑生长提供了必要条件，并通过用加热的硫酸或王水对其清洗，除去单晶金刚石衬底表面的金属和石墨等杂质，随后工作人员可将单晶金刚石衬底和准备好的毛发放置在丙酮或酒精溶液中进行超声清洗，取出衬底和毛发表面的杂质，并为金刚石的生长提供良好的生长环境，而为了进一步提高单晶金刚石的质量以及改善表面形貌，还需要对衬底进行等离子体刻蚀处理，减少衬底表面由机械抛光过程引起的晶体缺陷、表面及亚表面损伤等，之后将清洗和处理后的单晶金刚石衬底和毛发烘干；
步骤二：原料放置：工作人员可通过将毛发揉搓编织成多组毛发束，并将各组毛发束放置在MPCVD装置本体(1)内部滤网板(3)上的凹槽内，随后工作人员可通过将各个单晶金刚石衬底逐个放置在基片台(2)上的凹槽内；
步骤三：反应生长：将氢气通入MPCVD装置本体(1)的反应腔体内，并加热基片台(2)，随后调节MPCVD装置本体(1)的微波功率，使氢气产生氢等离子体，利用等离子体将滤网板(3)上的毛发束刻蚀，利用毛发束刻蚀产生的碳源气体帮助单晶金刚石的生长(空气中游离的碳原子会被附近的碳原子结构吸引，所以他们会逐渐附着在单晶金刚石衬底上，与单晶金刚石衬底的碳原子结合，形成新的化学键，从而让单晶金刚石逐步长大)；
步骤四：加工：通过将基片台(2)上生长后的单晶金刚石取出，利用激光切除使用后的衬底，并对生长后的单晶金刚石进行雕刻加工，制成钻石。
2.根据权利要求1所述的一种用MPCVD装置把毛发碳源培育成钻石的方法，其特征在于：步骤二中所述的基片台(2)位于滤网板(3)的正下方，所述基片台(2)上的凹槽呈等角度分布，步骤二中所述的基片台(2)上的凹槽深度大于单晶金刚石衬底的厚度。
3.根据权利要求1所述的一种用MPCVD装置把毛发碳源培育成钻石的方法，其特征在于：步骤二中所述的滤网板(3)上的凹槽呈阵列分布，所述滤网板(3)上的凹槽深度大于毛发束的直径，步骤二中所述的毛发束的直径为1～2mm。
4.根据权利要求1所述的一种用MPCVD装置把毛发碳源培育成钻石的方法，其特征在于：步骤三中所述的基片台(2)位于MPCVD装置本体(1)内部中间部位，步骤三中所述的基片台(2)的加热温度在800～1300℃。
5.根据权利要求1所述的一种用MPCVD装置把毛发碳源培育成钻石的方法，其特征在于：步骤三中所述的MPCVD装置本体(1)的微波功率为1000～2000W，且MPCVD装置本体(1)内部环境为真空状态。
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| CN (1) | CN115198359A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6063187A (en) * | 1997-08-13 | 2000-05-16 | City University Of Hong Kong | Deposition method for heteroepitaxial diamond |
| CN106092074A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-11-09 | 中北大学 | 单芯片级金刚石色心自旋陀螺仪及制备方法 |
| CN107275192A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-10-20 | 北京科技大学 | 基于低成本单晶金刚石制备高性能金刚石半导体的方法 |
| CN107937980A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-04-20 | 武汉工程大学 | 一种利用双基片台mpcvd反应装置将人体头发作为碳源生长出单晶金刚石的方法 |
| CN108070842A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-05-25 | 武汉工程大学 | 基于头发丝作为碳源使用mpcvd法生长单晶金刚石的方法 |
| CN112877773A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-06-01 | 哈尔滨工业大学 | 利用固态碳源的无气流mpcvd单晶金刚石生长方法 |
-
2022
- 2022-07-21 CN CN202210874482.8A patent/CN115198359A/zh active Pending
Patent Citations (6)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
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