CN207904363U - 一种适用于cvd金刚石制备的新型散热结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适用于CVD金刚石制备的新型散热结构，包括基片台和散热样品台；所述散热样品台上放置样品的位置开有一个略小于样品长宽尺寸的小槽，所述小槽内部填充有低熔点金属粉末，所述样品位于金属粉末之上。该结构将低熔点金属粉末放置于样品和样品台之间，利用对样品加热升温至金刚石沉积温度过程中所吸收的热量熔化并与样品反面和样品台表面紧密贴合，能够阻挡石墨在样品和样品台之间的堆积，实现稳定的能量传递。
Description
技术领域
本实用新型属于金刚石生产加工技术领域，具体涉及一种适用于CVD金刚石制备的新型散热结构。
背景技术
化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)制备金刚石是指将氢气、碳源混合气源通入到反应腔室内部，然后使用高能能量将混合气源电离为sp2石墨相含碳基团、sp3金刚石相含碳基团、原子氢等亚稳态活性基团。利用原子氢对sp2石墨相含碳基团的反应刻蚀效率远大于对sp3金刚石相含碳基团的反应刻蚀效率，达到sp3金刚石相含碳基团在样品表面的选择性吸附沉积的目的，从而实现样品表面金刚石的沉积。其中，碳源可以使用气态碳源，如甲烷、乙炔等；也可以使用液态碳源，如丙酮、乙醇等易挥发液体，液态碳源需要使用氢气混合带入。
适用于制备金刚石的化学气相沉积装置有微波等离子体CVD装置、热丝CVD装置、直流CVD装置等。其中，微波等离子体CVD是使用高能微波将混合气源直接电离为亚稳态活性基团；热丝CVD是使用2000℃左右的高温金属丝将混合气源直接加热电离；直流CVD是在高压电场的作用下高能电子对混合气源进行轰击电离。无论使用何种CVD装置制备金刚石都必须考虑到金刚石的散热问题。使用高能能量对样品进行加热，样品的部分热量会通过样品反面与样品台的接触将热量传递给散热样品台，样品表面的实际温度通过调整加热功率和样品台的散热，从而保持在一定的温度。CVD金刚石的沉积温度范围要求控制在700-1500℃之间。
载有样品的散热样品台放置在基片台上，基片台可以使用水冷或者气冷的形式进行散热，避免热量直接传递到整个反应腔室损坏设备元器件的正常运作。放置有样品的散热样品台直接水平放置在基片台的平面上，样品正面的温度控制在金刚石的沉积温度700-1500℃范围内，样品反面与散热样品台直接接触将部分热量传递给散热样品台后，样品反面的温度低于金刚石沉积的沉积温度。含碳活性基团在样品反面由于温度较低只能沉积一层石墨。即使样品反面与散热样品台表面的机械加工能达到镜面效果，放置在散热样品台上的样品反面与散热样品台之间也无法做到无缝隙贴合，这种情况下样品反面与散热样品台之间的缝隙内会持续堆积石墨。金刚石生长初期微量石墨的堆积可能会提高热量的传递效果，但是随着沉积时间的延长，石墨会逐渐覆盖整个样品反面，从而形成石墨散热过渡层。石墨散热过渡层结构疏松，厚度越厚热量的传递效果越差。
在高能能量对样品的加热效率保持不变的前提下，样品的散热能力越差就会导致样品表面的温度越来越高。样品表面的金刚石高质量生长要求温度的长时间保持稳定，石墨过渡层的堆积不利于样品反面热量的稳定传递。
实用新型内容
现有技术中存在的主要问题如下：随着沉积时间的延长，样品反面的石墨会逐渐堆积至覆盖住整个样品反面形成石墨散热过渡层，这个石墨散热过渡层结构疏松并且结构会随着沉积的时间延长持续发生变化，影响了样品反面的散热稳定性，尤其是在制备高质量金刚石对温度要求严格时，样品反面石墨层的堆积是有害的。
针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种适用于CVD金刚石制备的新型散热结构，该结构将低熔点金属粉末放置于样品和样品台之间，利用对样品加热升温至金刚石沉积温度过程中所吸收的热量熔化并与样品反面和样品台表面紧密贴合，能够阻挡石墨在样品和样品台之间的堆积，实现稳定的能量传递。
为此，本实用新型采用了以下技术方案：
一种适用于CVD金刚石制备的新型散热结构，包括基片台和散热样品台；所述散热样品台上放置样品的位置开有一个略小于样品长宽尺寸的小槽，所述小槽内部填充有低熔点金属粉末，所述样品位于金属粉末之上。
优选地，所述低熔点金属粉末被压成块状后放入所述小槽内部，所述样品水平放置在其上面。
优选地，所述低熔点金属粉末在常温下是固态，熔点低于500℃，其沸点至少高于1000℃。
优选地，所述低熔点金属粉末包括铅、锡或熔点低于500℃的合金金属粉末，要求在金刚石沉积温度700-1500℃条件下处于熔融状态。
优选地，所述样品的长宽高尺寸为10mm×10mm×3mm，所述小槽的尺寸为8mm×8mm×2mm。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)能够有效阻挡石墨在样品和样品台之间的堆积，实现稳定的能量传递。避免了石墨对金刚石制备过程的影响。
(2)提升了金刚石制备的质量，保证了沉积过程的持续稳定进行。
(3)结构简单，使用方便，对原有设备无须进行重大改动的情形下可以获得良好的经济效益。
附图说明
图1是本实用新型所提供的一种适用于CVD金刚石制备的新型散热结构的结构图。
附图标记说明：1、基片台；2、散热样品台；3、小槽；4、样品；5、低熔点金属粉末。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
如图1所示，本实用新型公开了一种适用于CVD金刚石制备的新型散热结构，包括基片台1和散热样品台2；所述散热样品台2上放置样品4的位置开有一个略小于样品长宽尺寸的小槽3，所述小槽3内部填充有低熔点金属粉末5，所述样品4位于金属粉末5之上。
具体地，所述低熔点金属粉末5被压成块状后放入所述小槽3内部，所述样品4水平放置在其上面。
具体地，所述低熔点金属粉末5在常温下是固态，熔点低于500℃，其沸点至少高于1000℃。
具体地，所述低熔点金属粉末5包括铅、锡或熔点低于500℃的合金金属粉末，要求在金刚石沉积温度700-1500℃条件下处于熔融状态。
具体地，所述样品4的长宽高尺寸为10mm×10mm×3mm，所述小槽3的尺寸为8mm×8mm×2mm。
实施例
一种适用于CVD金刚石制备的新型散热结构，在散热样品台2上放置样品4的位置开一个略小于样品长宽尺寸的小槽3，以样品长宽高尺寸为10mm×10mm×3mm为例，小槽尺寸为8mm×8mm×2mm，这是为了避免样品放置过程中出现位置不对导致样品发生倾斜。所述小槽3内部填充低熔点金属粉末5，可以事先将粉末压成块状然后直接放入小槽内部，然后将样品水平放上去；也可以直接使用低熔点金属粉末填充小槽至略溢出，然后使用样品反面压实。
低熔点金属粉末5被加热到500℃左右就开始熔融，但是沸点必须至少高于1000℃，金刚石沉积过程中熔融金属不能够挥发影响金刚石的沉积。低熔点金属粉末要求常温下是固态，但是加热到500℃就已经熔融并与样品反面开始紧密贴合，如铅、锡等或者熔点低于500℃的合金金属粉末等。
低熔点金属粉末5必须在样品表面被加热到金刚石的沉积温度700℃下限之前就已经完全熔融，这是因为粉末状的金属粉末内部存在大量空隙，在通入的碳源参与反应后这些间隙内部就会积聚大量的石墨，从而影响了散热的稳定性。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种适用于CVD金刚石制备的新型散热结构，包括基片台和散热样品台，其特征在于：所述散热样品台上放置样品的位置开有一个略小于样品长宽尺寸的小槽，所述小槽内部填充有低熔点金属粉末，所述样品位于金属粉末之上。
2.根据权利要求1所述的一种适用于CVD金刚石制备的新型散热结构，其特征在于：所述样品的长宽高尺寸为10mm×10mm×3mm，所述小槽的尺寸为8mm×8mm×2mm。
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