CN115652420A - 一种硅掺杂的纳米金刚石晶粒的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金刚石技术领域，具体涉及一种硅掺杂的纳米金刚石晶粒的制备方法，包括如下步骤：步骤1，将硅衬底进行研磨处理；步骤2，在研磨处理好的硅衬底上沉积金刚石；步骤3，对沉积金刚石二次压缩沉积；步骤4，反复步骤2和步骤3，得到硅掺杂的金刚石薄膜；步骤5，将金刚石薄膜进行剥离处理，得到硅掺杂的纳米金刚石晶粒。本发明解决了现有金刚石沉积的缺陷，利用甲硅烷和甲烷的压缩沉积体系，能够形成金刚石表面的空隙填补，有效的改善了金刚石粗糙的问题，同时配合低浓度沉积与硅元素的活性吸引，保证硅元素的掺杂性与被包裹特点。
Description
技术领域
本发明属于金刚石技术领域，具体涉及一种硅掺杂的纳米金刚石晶粒的制备方法。
背景技术
金刚石便因其高硬度，高导热率，以及宽的光学透过范围和宽的频率响应范围，在电子、机械、航天、军事、光学、医疗等各个领域都得到了应用，是一种非常重要的工程材料。但是，天然金刚石含量非常少，价格昂贵，无法满足社会生产的需求，因此，市场上应运而生人造金刚石以满足金刚石的需求，且化学气相沉积法制备的人造金刚石不仅性能与天然金刚石相近，而且成本低廉。但是，该方法制备的金刚石表面粗糙严重，加上抛光困难，难以满足微电子等精密行业的需求。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种硅掺杂的纳米金刚石晶粒的制备方法，解决了现有金刚石沉积的缺陷，利用甲硅烷和甲烷的压缩沉积体系，能够形成金刚石表面的空隙填补，有效的改善了金刚石粗糙的问题，同时配合低浓度沉积与硅元素的活性吸引，保证硅元素的掺杂性与被包裹特点。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
一种硅掺杂的纳米金刚石晶粒的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将硅衬底进行研磨处理；
步骤2，在研磨处理好的硅衬底上沉积金刚石；
步骤3，对沉积金刚石二次压缩沉积；
步骤4，反复步骤2和步骤3，得到硅掺杂的金刚石薄膜；
步骤5，将金刚石薄膜进行剥离处理，得到硅掺杂的纳米金刚石晶粒。
所述步骤1中的研磨处理包括如下步骤：a1，采用金刚石粉研磨处理硅衬底，将硅衬底表面粗糙化，所述金刚石粉采用不同粒径的金刚石粉，且所述金刚石粉包括粒径为50-80nm的第一金刚石粉和粒径为800-1300nm的第二金刚石粉组成，所述第一金刚石粉和第二金刚石粉的质量为2:2-5；研磨压力为0.7-0.9MPa，该步骤利用金刚石粉的不同粒径分布，在硅衬底表面形成不同尺寸的研磨划痕，能够形成大小交错的表面划痕结构，该划痕结构分为大划痕与小划痕，小划痕能够分布在大划痕内，形成错落式结构，同时基于第一金刚石粉的粒径远小于第二金刚石粉的粒径，能够形成交错式球磨表层，能够将表面的球磨效果均匀化，实现表面粗糙结构的均质化与交错化，在第二金刚石粉的大划痕均匀分散的情况下，第一金刚石粉能够在表面形成二次划痕处理，减少大划痕层面角落缓冲化，降低了划痕边缘的尖锐性；a2，采用硅粒研磨处理粗糙化的硅衬底，得到研磨处理后的硅衬底，所述硅粒采用粒径为500-1000nm的硅粒，研磨压力为2-4MPa，该步骤利用硅粒作为研磨材料进行表面粗糙化的硅衬底进行二次研磨，随着研磨压力的提升，硅粒基于自身与硅衬底的同材质结构以及硅衬底划痕边缘的尖锐性，能够对尖锐角度形成压迫式钝化，降低了划痕的棱角；硅粒的粒径位于第一金刚石粉和第二金刚石粉的中间，能够起到保护细小划痕的目的，且硅粒自身的颗粒性结构能够很好的磨平小划痕的边缘，将其锐性消除，有助于沉积结构的稳定性；a3，将研磨处理后的硅衬底进行超声清洗，过滤后烘干得到洁净的硅衬底，所述硅衬底依次采用蒸馏水、乙醇和丙酮进行超声处理；蒸馏水的超声频率为60-80kHz，温度为50-60℃，且蒸馏水超声结束后将硅衬底取出烘干，烘干温度为110-120℃；乙醇的超声频率为50-60kHz，温度为40-50℃，且乙醇超声结束后将硅衬底去除烘干，烘干温度为80-90℃，丙酮的超声频率为40-50kHz，温度为10-20℃，且丙酮超声结束后将硅衬底去除烘干，烘干温度为30-40℃；该步骤利用蒸馏水、乙醇和丙酮依次清洗的方式配合超声的振动，能够将表面的杂质与残留的颗粒完全分离去除，实现快速的分离，确保划痕的洁净；同时，蒸馏水、乙醇和丙酮均具有良好的互溶特性，采用逐步洗涤-烘干的步骤能够保证固体颗粒的完全去除，和表面沉积性杂质的去除，同时乙醇能够将水分子完全去除，丙酮也能将乙醇完全去除，基本没有乙醇和水的残留，得到洁净的硅衬底；该硅衬底研磨工艺中先利用不同粒径的金刚石粉性压力研磨，形成大小错落的划痕，接着利用中粒径体系的硅粒对划痕进行柔化，减少划痕的锐性，最后利用互溶的三种溶剂形成梯度式超声洗涤，得到较为洁净的划痕。
所述步骤2中的沉积采用化学气相沉积方法，所述化学气相沉积以甲烷为碳源，配合氢气和氮气，形成反应气体，气压为10-15kPa，微波功率为600-800W，沉积时的基材温度为800-1000℃，沉积时间为10-20h。进一步的，所述沉积中的反应气体中，甲烷的体积占比为5-8％，氢气的体积占比为10-14％，余量为氮气。该步骤在微波等离子体化学气相沉积设备中，利用甲烷、氢气与氮气形成组合式反应气体，配合研磨后的表面凹凸结构，能够形成稳定的沉积效果，且该沉积基于研磨处理后的细小划痕，能够形成晶粒的细小化，有效的抑制了晶粒的初成长，同时基于自身结构的限制，一直晶粒的长大，从而形成纳米化结构；进一步而言，该气相沉积体系与硅衬底的研磨，提供一个环境受限的沉积衬底，起到半定向性能够沉积效果，起到有效控制甲烷沉积过程。更进一步的，在研磨过程中，丙酮残留在硅衬底上，能够吸收反应气体的甲烷，形成液态吸收，为沉积提供形核预制体系，有助于甲烷的沉积体系，同时在沉积温度条件下，丙酮会释放形成丙酮蒸汽，但是局部的甲烷-丙酮的浓度略微上升，传话为碳沉积；
所述步骤3的压缩沉积采用微波气相沉积，所述微波气相沉积的反应气体为含硅反应气体，且含硅反应气体由甲硅烷、甲烷、氢气和氮气的混合气体，且甲硅烷的体积占比为0.2-0.5％，甲烷的体积占比为3-7％，氢气为13-15％，余量为氮气，微波功率为800-1000W，压力为20-50kPa，且压力在沉积前逐步压缩至60-80kPa，沉积时的温度在0.5h内上升至800-900℃；沉积时间为3-6h；该步骤在反应气体通入至微波等离子体化学气相沉积设备中，随着压力的逐步上升，气体内的甲烷和甲硅烷逐步渗透至初步沉积的金刚石缺陷内，形成缺陷的修复效果，同时利用甲烷和甲硅烷自身的气态渗透性，快速覆盖至缺陷区域，经温度上升时，甲硅烷原位分解形成硅材料，并能够与金刚石结构形成稳定连接，达到优异的硅改性效果，渗透性修补金刚石缺陷结构；其次，基于甲硅烷与甲烷形成的混合结构，金刚石自身属于甲烷沉积获得，以甲烷为原材料，带来同质化渗透修复，将硅元素稳定固化与封堵，提高了硅元素的固定效果；高温沉积工程中甲硅烷会形成分解，转化为硅元素的同时释放氢气，有效的提升内部分压压力，保证自身结构的稳定，同时硅元素的掺杂造成局部活性变化，能够有效的促使甲烷沉积至硅元素旁边，形成覆盖结构，起到硅元素起到保护作用；
所述步骤5中的剥离处理采用酸液腐蚀，所述酸液采用氢氟酸和硝酸的混合物，且所述氢氟酸与硝酸的质量比为2:1，在该体系中，氢氟酸能够与硅片形成缓慢腐蚀，并且在该腐蚀过程中，硝酸能够大幅度提升反应效率，形成氟硅酸，同时，金刚石自身的结构具有稳定性，能够保证其自身稳定结构，实现硅衬底的溶解，利用固液分离的方式达到获得金刚石晶粒的目的；与此同时，金刚石表面裸露的硅同样被腐蚀去除，而被包裹在内层的硅元素则形成保留，得到结构稳定的硅掺杂金刚石晶粒。
进一步的，所述a2中的硅粒采用微孔性硅粒结构，在研磨过程中，硅粒能够将划痕边角去锐化，将硅衬底表面的死角落减少，为后续沉积的金刚石减少锐性；在研磨过程中，硅粒能够将边缘的硅衬底研磨成细粉，并达到去除的效果，基于该细分材料也是硅材质，能够在压力下形成此等级颗粒的研磨体系，该研磨会造成划痕内形成其他非必要凹凸，造成表面凹凸结构不稳定，针对这一问题，微孔性硅粒结构能够将该细粉形成渗透式吸收，基于粒径的差异能够将细粉渗透至微孔性硅粒结构的微孔内，达到暂时停留的目的，从而减少该细粉颗粒对划痕的影响；所述微孔性硅粒结构的制备方法包括如下步骤：b1，将氯化钠加入至乙醇中，并加入乙基纤维素搅拌均匀，形成浆料，经喷雾干燥得到复合颗粒，所述氯化钠与乙基纤维素的质量比为3:3-4，且氯化钠在乙醇中的浓度为300-500g/L，喷雾干燥的喷雾速度为5-10mL/min，温度为90-100℃；该步骤利用氯化钠在乙醇中的胶化特性，能够快速转化为粒径均匀的胶粒，该胶粒为不相溶的固体小颗粒，同时，乙基纤维素在乙醇中具有良好的溶解性，能够将氯化钠分散包裹，形成稳定且均质的浆料；在喷雾过程中，氯化钠自身的颗粒表面，带有液滴中乙基纤维素的粘合剂，形成氯化钠与乙基纤维素组合的复合颗粒化结构，且基于乙醇对乙基纤维素的溶解性，能够保证乙基纤维素在氯化钠颗粒表面形成包覆性结构，因此该复合颗粒形成乙基纤维素的表面裸露；b2，将纳米硅粒放入蒸馏水中搅拌均匀，然后加入复合颗粒充分搅拌形成悬浊液，经湿法研磨和过滤后干燥研磨得到预制颗粒；纳米硅粒与复合颗粒的质量比为10:2-3，所述纳米硅粒与蒸馏水的质量为10:1-2，所述研磨的温度为5-10℃，压力为2-4MPa，干燥研磨的温度为20-30℃，研磨压力为4-8MPa；该步骤利用湿法研磨中的压力将纳米硅粒进入至乙基纤维素内，并与乙基纤维素形成均匀混合，同时乙基纤维素自身的包裹体系破裂，带来氯化钠的溶解，此时的乙基纤维素呈空壳状态，并被纳米硅粒形成内外包裹结构，而乙基纤维素自身的低粒径体系达到分散与固化硅粒的目的，氯化钠自身在水中具有超强的溶解性，能够溶解去除，并通过过滤的方式实现稳定去除的效果；干燥研磨以乙基纤维素为粘合剂，将硅粒聚集，并在研磨过程中进一步分散化，利用研磨的固化效果，确保连在同一乙基纤维素上的硅粒形成稳定的连接，并且在该结构中的乙基纤维素成为阻隔剂与致孔剂，有助于其形成多孔结构；b3，将预制颗粒增压处理2-3h，然后浸泡至乙醇水溶液中超声处理20-30min，经过滤烘干得到微孔性硅粒，所述增压处理的压力为20-40MPa，温度为室温，所述乙醇水溶液中的乙醇体积占比为50-60％，超声频率为50-70kHz，温度为40-60℃；该步骤利用加压的方式将预制颗粒致密化，有效的提升了颗粒的紧密性与连接性，具有优异且稳定的机构，同时超声处理能够将乙基纤维素溶解，蒸馏水将残留的氯化钠形成溶解，达到快速去除的效果；该工艺利用氯化钠作为乙基纤维素的支架，形成乙基纤维素空壳，并利用研磨过程中的低粒径硅粒填充，配合二次研磨，形成硅粒与乙基纤维素的稳定连接，并在增压和超声洗涤中形成硅粒的固定连接和杂质去除，从而达到微孔性结构。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
1.本发明解决了现有金刚石沉积的缺陷，利用甲硅烷和甲烷的压缩沉积体系，能够形成金刚石表面的空隙填补，有效的改善了金刚石粗糙的问题，同时配合低浓度沉积与硅元素的活性吸引，保证硅元素的掺杂性与被包裹特点。
2.本发明利用二次沉积的方式形成金刚石形核化原位沉积，配合硅碳体系的混合沉积，有效的实现了金刚石粒径的纳米化与渗透化，提高精钢石粒径的硬度与韧性。
3.本发明利用表面处理的方式形成均质化凹凸结构，从沉积区域的形态来限定碳沉积，达到半定向化沉积，起到控制甲烷沉积的目的。
具体实施方式
结合实施例详细说明本发明，但不对本发明的权利要求做任何限定。
实施例1
一种硅掺杂的纳米金刚石晶粒的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将硅衬底进行研磨处理；
步骤2，在研磨处理好的硅衬底上沉积金刚石；
步骤3，对沉积金刚石二次压缩沉积；
步骤4，反复步骤2和步骤3，且以步骤2收尾，得到硅掺杂的金刚石薄膜；
步骤5，将金刚石薄膜进行剥离处理，得到硅掺杂的纳米金刚石晶粒。
所述步骤1中的研磨处理包括如下步骤：a1，采用金刚石粉研磨处理硅衬底，将硅衬底表面粗糙化，所述金刚石粉采用不同粒径的金刚石粉，且所述金刚石粉包括粒径为50nm的第一金刚石粉和粒径为800nm的第二金刚石粉组成，所述第一金刚石粉和第二金刚石粉的质量为2:2；研磨压力为0.7MPa；a2，采用硅粒研磨处理粗糙化的硅衬底，得到研磨处理后的硅衬底，所述硅粒采用粒径为500nm的硅粒，研磨压力为2MPa；a3，将研磨处理后的硅衬底进行超声清洗，过滤后烘干得到洁净的硅衬底，所述硅衬底依次采用蒸馏水、乙醇和丙酮进行超声处理；蒸馏水的超声频率为60kHz，温度为50℃，且蒸馏水超声结束后将硅衬底取出烘干，烘干温度为110℃；乙醇的超声频率为50kHz，温度为40℃，且乙醇超声结束后将硅衬底去除烘干，烘干温度为80℃，丙酮的超声频率为40kHz，温度为10℃，且丙酮超声结束后将硅衬底去除烘干，烘干温度为30℃；其中，硅粒采用微孔性硅粒结构，且所述微孔性硅粒结构的制备方法包括如下步骤：b1，将氯化钠加入至乙醇中，并加入乙基纤维素搅拌均匀，形成浆料，经喷雾干燥得到复合颗粒，所述氯化钠与乙基纤维素的质量比为3:3，且氯化钠在乙醇中的浓度为300g/L，喷雾干燥的喷雾速度为5mL/min，温度为90℃；b2，将纳米硅粒放入蒸馏水中搅拌均匀，然后加入复合颗粒充分搅拌形成悬浊液，经湿法研磨和过滤后干燥研磨得到预制颗粒；纳米硅粒与复合颗粒的质量比为10:2，所述纳米硅粒与蒸馏水的质量为10:1，所述研磨的温度为5-10℃，压力为2MPa，干燥研磨的温度为20℃，研磨压力为4MPa；b3，将预制颗粒增压处理2h，然后浸泡至乙醇水溶液中超声处理20min，经过滤烘干得到微孔性硅粒，所述增压处理的压力为20MPa，温度为室温，所述乙醇水溶液中的乙醇体积占比为50％，超声频率为50kHz，温度为40℃；
所述步骤2中的沉积采用化学气相沉积方法，所述化学气相沉积以甲烷为碳源，配合氢气和氮气，形成反应气体，气压为10kPa，微波功率为600W，沉积时的基材温度为800℃，沉积时间为10h。进一步的，所述沉积中的反应气体中，甲烷的体积占比为5％，氢气的体积占比为10％，余量为氮气；
所述步骤3的压缩沉积采用微波气相沉积，所述微波气相沉积的反应气体为含硅反应气体，且含硅反应气体由甲硅烷、甲烷、氢气和氮气的混合气体，且甲硅烷的体积占比为0.2％，甲烷的体积占比为3％，氢气为13％，余量为氮气，微波功率为800W，压力为20kPa，且压力在沉积前逐步压缩至60kPa，沉积时的温度在0.5h内上升至800℃；沉积时间为3h；
所述步骤5中的剥离处理采用酸液腐蚀，所述酸液采用氢氟酸和硝酸的混合物，且所述氢氟酸与硝酸的质量比为2:1。
经检测，该金刚石晶粒在200-300nm的数量比例为90％，硅掺杂量为8300ppm。
实施例2
一种硅掺杂的纳米金刚石晶粒的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将硅衬底进行研磨处理；
步骤2，在研磨处理好的硅衬底上沉积金刚石；
步骤3，对沉积金刚石二次压缩沉积；
步骤4，反复步骤2和步骤3，且以步骤2收尾，得到硅掺杂的金刚石薄膜；
步骤5，将金刚石薄膜进行剥离处理，得到硅掺杂的纳米金刚石晶粒。
所述步骤1中的研磨处理包括如下步骤：a1，采用金刚石粉研磨处理硅衬底，将硅衬底表面粗糙化，所述金刚石粉采用不同粒径的金刚石粉，且所述金刚石粉包括粒径为80nm的第一金刚石粉和粒径为1300nm的第二金刚石粉组成，所述第一金刚石粉和第二金刚石粉的质量为2:5；研磨压力为0.9MPa；a2，采用硅粒研磨处理粗糙化的硅衬底，得到研磨处理后的硅衬底，所述硅粒采用粒径为1000nm的硅粒，研磨压力为4MPa；a3，将研磨处理后的硅衬底进行超声清洗，过滤后烘干得到洁净的硅衬底，所述硅衬底依次采用蒸馏水、乙醇和丙酮进行超声处理；蒸馏水的超声频率为80kHz，温度为60℃，且蒸馏水超声结束后将硅衬底取出烘干，烘干温度为120℃；乙醇的超声频率为60kHz，温度为50℃，且乙醇超声结束后将硅衬底去除烘干，烘干温度为90℃，丙酮的超声频率为50kHz，温度为20℃，且丙酮超声结束后将硅衬底去除烘干，烘干温度为40℃；其中，硅粒采用微孔性硅粒结构，且所述微孔性硅粒结构的制备方法包括如下步骤：b1，将氯化钠加入至乙醇中，并加入乙基纤维素搅拌均匀，形成浆料，经喷雾干燥得到复合颗粒，所述氯化钠与乙基纤维素的质量比为3:4，且氯化钠在乙醇中的浓度为500g/L，喷雾干燥的喷雾速度为10mL/min，温度为100℃；b2，将纳米硅粒放入蒸馏水中搅拌均匀，然后加入复合颗粒充分搅拌形成悬浊液，经湿法研磨和过滤后干燥研磨得到预制颗粒；纳米硅粒与复合颗粒的质量比为10:3，所述纳米硅粒与蒸馏水的质量为10:2，所述研磨的温度为10℃，压力为4MPa，干燥研磨的温度为30℃，研磨压力为8MPa；b3，将预制颗粒增压处理3h，然后浸泡至乙醇水溶液中超声处理30min，经过滤烘干得到微孔性硅粒，所述增压处理的压力为40MPa，温度为室温，所述乙醇水溶液中的乙醇体积占比为60％，超声频率为70kHz，温度为60℃；
所述步骤2中的沉积采用化学气相沉积方法，所述化学气相沉积以甲烷为碳源，配合氢气和氮气，形成反应气体，气压为15kPa，微波功率为-800W，沉积时的基材温度为1000℃，沉积时间为20h。进一步的，所述沉积中的反应气体中，甲烷的体积占比为8％，氢气的体积占比为14％，余量为氮气；
所述步骤3的压缩沉积采用微波气相沉积，所述微波气相沉积的反应气体为含硅反应气体，且含硅反应气体由甲硅烷、甲烷、氢气和氮气的混合气体，且甲硅烷的体积占比为0.5％，甲烷的体积占比为7％，氢气为15％，余量为氮气，微波功率为1000W，压力为50kPa，且压力在沉积前逐步压缩至80kPa，沉积时的温度在0.5h内上升至900℃；沉积时间为6h；
所述步骤5中的剥离处理采用酸液腐蚀，所述酸液采用氢氟酸和硝酸的混合物，且所述氢氟酸与硝酸的质量比为2:1。
经检测，该金刚石晶粒在150-250nm的数量比例为93％，硅掺杂量为9150ppm。
实施例3
一种硅掺杂的纳米金刚石晶粒的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将硅衬底进行研磨处理；
步骤2，在研磨处理好的硅衬底上沉积金刚石；
步骤3，对沉积金刚石二次压缩沉积；
步骤4，反复步骤2和步骤3，且以步骤2收尾，得到硅掺杂的金刚石薄膜；
步骤5，将金刚石薄膜进行剥离处理，得到硅掺杂的纳米金刚石晶粒。
所述步骤1中的研磨处理包括如下步骤：a1，采用金刚石粉研磨处理硅衬底，将硅衬底表面粗糙化，所述金刚石粉采用不同粒径的金刚石粉，且所述金刚石粉包括粒径为70nm的第一金刚石粉和粒径为1000nm的第二金刚石粉组成，所述第一金刚石粉和第二金刚石粉的质量为2:3；研磨压力为0.8MPa；a2，采用硅粒研磨处理粗糙化的硅衬底，得到研磨处理后的硅衬底，所述硅粒采用粒径为600nm的硅粒，研磨压力为3MPa；a3，将研磨处理后的硅衬底进行超声清洗，过滤后烘干得到洁净的硅衬底，所述硅衬底依次采用蒸馏水、乙醇和丙酮进行超声处理；蒸馏水的超声频率为70kHz，温度为55℃，且蒸馏水超声结束后将硅衬底取出烘干，烘干温度为115℃；乙醇的超声频率为55kHz，温度为45℃，且乙醇超声结束后将硅衬底去除烘干，烘干温度为85℃，丙酮的超声频率为45kHz，温度为15℃，且丙酮超声结束后将硅衬底去除烘干，烘干温度为35℃；其中，硅粒采用微孔性硅粒结构，且所述微孔性硅粒结构的制备方法包括如下步骤：b1，将氯化钠加入至乙醇中，并加入乙基纤维素搅拌均匀，形成浆料，经喷雾干燥得到复合颗粒，所述氯化钠与乙基纤维素的质量比为3:4，且氯化钠在乙醇中的浓度为400g/L，喷雾干燥的喷雾速度为8mL/min，温度为95℃；b2，将纳米硅粒放入蒸馏水中搅拌均匀，然后加入复合颗粒充分搅拌形成悬浊液，经湿法研磨和过滤后干燥研磨得到预制颗粒；纳米硅粒与复合颗粒的质量比为10:3，所述纳米硅粒与蒸馏水的质量为10:1，所述研磨的温度为8℃，压力为3MPa，干燥研磨的温度为25℃，研磨压力为6MPa；b3，将预制颗粒增压处理3h，然后浸泡至乙醇水溶液中超声处理25min，经过滤烘干得到微孔性硅粒，所述增压处理的压力为30MPa，温度为室温，所述乙醇水溶液中的乙醇体积占比为55％，超声频率为60kHz，温度为50℃；
所述步骤2中的沉积采用化学气相沉积方法，所述化学气相沉积以甲烷为碳源，配合氢气和氮气，形成反应气体，气压为12kPa，微波功率为700W，沉积时的基材温度为900℃，沉积时间为15h。进一步的，所述沉积中的反应气体中，甲烷的体积占比为7％，氢气的体积占比为12％，余量为氮气；
所述步骤3的压缩沉积采用微波气相沉积，所述微波气相沉积的反应气体为含硅反应气体，且含硅反应气体由甲硅烷、甲烷、氢气和氮气的混合气体，且甲硅烷的体积占比为0.4％，甲烷的体积占比为4％，氢气为14％，余量为氮气，微波功率为900W，压力为40kPa，且压力在沉积前逐步压缩至70kPa，沉积时的温度在0.5h内上升至850℃；沉积时间为5h；
所述步骤5中的剥离处理采用酸液腐蚀，所述酸液采用氢氟酸和硝酸的混合物，且所述氢氟酸与硝酸的质量比为2:1。
经检测，该金刚石晶粒在200-300nm的数量比例为92％，硅掺杂量为8700ppm。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种硅掺杂的纳米金刚石晶粒的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，将硅衬底进行研磨处理；
步骤2，在研磨处理好的硅衬底上沉积金刚石；
步骤3，对沉积金刚石二次压缩沉积；
步骤4，反复步骤2和步骤3，得到硅掺杂的金刚石薄膜；
步骤5，将金刚石薄膜进行剥离处理，得到硅掺杂的纳米金刚石晶粒。
2.根据权利要求1所述的硅掺杂的纳米金刚石晶粒的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的研磨处理包括如下步骤：a1，采用金刚石粉研磨处理硅衬底，将硅衬底表面粗糙化，所述金刚石粉采用不同粒径的金刚石粉，且所述金刚石粉包括粒径为50-80nm的第一金刚石粉和粒径为800-1300nm的第二金刚石粉组成，所述第一金刚石粉和第二金刚石粉的质量为2:2-5；研磨压力为0.7-0.9MPa；a2，采用硅粒研磨处理粗糙化的硅衬底，得到研磨处理后的硅衬底，所述硅粒采用粒径为500-1000nm的硅粒，研磨压力为2-4MPa；a3，将研磨处理后的硅衬底进行超声清洗，过滤后烘干得到洁净的硅衬底，所述硅衬底依次采用蒸馏水、乙醇和丙酮进行超声处理。
3.根据权利要求1所述的硅掺杂的纳米金刚石晶粒的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的沉积采用化学气相沉积方法，所述化学气相沉积以甲烷为碳源，配合氢气和氮气，形成反应气体，气压为10-15kPa，微波功率为600-800W。
4.根据权利要求3所述的硅掺杂的纳米金刚石晶粒的制备方法，其特征在于：沉积时的基材温度为800-1000℃，沉积时间为10-20h。
5.根据权利要求3所述的硅掺杂的纳米金刚石晶粒的制备方法，其特征在于：所述沉积中的反应气体中，甲烷的体积占比为5-8％，氢气的体积占比为10-14％，余量为氮气。
6.根据权利要求1所述的硅掺杂的纳米金刚石晶粒的制备方法，其特征在于：所述步骤3的压缩沉积采用微波气相沉积，所述微波气相沉积的反应气体为含硅反应气体，且含硅反应气体由甲硅烷、甲烷、氢气和氮气的混合气体，甲硅烷的体积占比为0.2-0.5％，甲烷的体积占比为3-7％，氢气为13-15％，余量为氮气，微波功率为800-1000W。
7.根据权利要求6所述的硅掺杂的纳米金刚石晶粒的制备方法，其特征在于：所述压力为20-50kPa，且压力在沉积前逐步压缩至60-80kPa。
8.根据权利要求6所述的硅掺杂的纳米金刚石晶粒的制备方法，其特征在于：沉积时的温度在0.5h内上升至800-900℃；沉积时间为3-6h。
9.根据权利要求1所述的硅掺杂的纳米金刚石晶粒的制备方法，其特征在于：所述步骤5中的剥离处理采用酸液腐蚀，所述酸液采用氢氟酸和硝酸的混合物，且所述氢氟酸与硝酸的质量比为2:1。
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