CN211170964U - 一种金刚石单晶生长装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于金刚石单晶生长技术领域，尤其是一种金刚石单晶生长装置，针对现有的CVD金刚石单晶的进展较慢，无法在较短的时间和低成本上获得大尺寸CVD金刚石单晶，主要是在人工合成的过程中对压力控制不准确的问题，现提出如下方案，其包括壳体，所述壳体两侧内壁上固定安装有加热盘管，所述壳体的底部内壁上固定安装有固定座，所述固定座的顶部放置有石墨块和金属触媒块，且金属触媒块叠放在石墨块的顶部，所述金属触媒块的顶部设置有压紧组件。本实用新型结构简单，通过可以将石墨块和金属触媒块紧密贴合，便于两者互溶，同时在壳体内的气压超过指定的数值时会报警，进而工作人员便于对晶体的生长环境的压力进行严格控制。

Description

一种金刚石单晶生长装置

技术领域

本实用新型涉及金刚石单晶生长技术领域，尤其涉及一种金刚石单晶生长装置。

背景技术

IIb型金刚石是目前自然界已发现的最优的半导体材料，它的高导热系数、高电子和空穴迁移率、高介电击穿场、低介电损耗和宽带隙，是其它任何材料所不能比拟的。自然存在的具有半导体性质的IIb型金刚石非常稀有，以至于已公开的研究、技术或方法都是将自然存在相对数量较大的或人工生长的IIa型金刚石作为衬底材料，进行半导体晶片加工，所述的半导体晶片加工是指电子束照射、步进器，硅或其它常用半导体的微结构中采用的其它此类技术。

在20世纪80年代初利用化学气相沉积(CVD)生长金刚石多晶膜，经二十多年的发展，相关技术已经十分成熟。同时，人们也开始了同质外延CVD金刚石单晶的研究，但是由于人们使用的生长条件与沉积多晶膜的条件相近，因而CVD金刚石单晶的进展较慢，CVD金刚石单晶的进展较慢，生长速率基本在10微米左右，无法在较短的时间和低成本上获得大尺寸CVD金刚石单晶，主要是在人工合成的过程中对压力控制不准确，超过了气压的合理使用范围，所以我们提出了一种金刚石单晶生长装置，用以解决上述所提出的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在CVD金刚石单晶的进展较慢，生长速率基本在10微米左右，无法在较短的时间和低成本上获得大尺寸CVD金刚石单晶，主要是在人工合成的过程中对压力控制不准确，超过了气压的合理使用范围的缺点，而提出的一种金刚石单晶生长装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种金刚石单晶生长装置，包括壳体，所述壳体两侧内壁上固定安装有加热盘管，所述壳体的底部内壁上固定安装有固定座，所述固定座的顶部放置有石墨块和金属触媒块，且金属触媒块叠放在石墨块的顶部，所述金属触媒块的顶部设置有压紧组件，所述壳体的一侧设置有与内部相连通的进压管，且进压管上设置有气阀，所述壳体的顶部设置有多个与内部相连通的进气管，所述壳体()的顶部设置有排气管，所述排气管的顶部密封滑动连接有密封轴，所述密封轴的顶部固定安装有推动板，所述推动板上滑动连接有对称设置的两个竖杆，所述竖杆的底部和壳体的顶部固定连接，所述壳体的顶部固定安装有安装板，且安装板位于推动板的正上方，所述推动板的顶部固定设置有第一导电块和电源，且第一导电块和电源电性连接，所述安装板的顶部固定安装有报警器，所述安装板的底部固定安装有第二导电片，且第二导电片和报警器电性连接，所述推动板的底部固定安装有拉伸弹簧，且拉伸弹簧的底部和壳体的顶部固定连接，本实用新型结构简单，通过可以将石墨块和金属触媒块紧密贴合，便于两者互溶，同时在壳体内的气压超过指定的数值时会报警，进而工作人员便于对晶体的生长环境的压力进行严格控制，因从而可以在较短的时间内获得大尺寸金刚石单晶。

优选的，所述压紧组件包括固定安装在固定座顶部的对称设置的两个支撑杆，且两个支撑杆的顶部固定安装有同一个顶板，所述顶板上螺纹连接有螺杆，所述螺杆的底部延伸至顶板的下方并转动连接有夹紧板，且两个支撑杆均贯穿夹紧板并和夹紧板滑动连接，所述夹紧板的底部固定安装有挤压头，且挤压头的底部和金属触媒块的顶部相贴合，当将石墨块和金属触媒块相贴合时，此时转动螺杆，而螺杆和顶板螺纹连接，所以在转动螺杆时会推动夹紧板向下进行移动，进而利用挤压头可以将金属触媒块和石墨块紧密贴合，便于两者发生化学反应时实现共融。

优选的，所述壳体的一侧开设有通孔，且通孔内密封转动铰接有密封门，所述密封门上设置有可视窗口，利用可视窗口可以观察到壳体内的石墨块的化学反应状况。

优选的，所述推动板上开设有对称设置的两个滑动孔，且滑动孔内固定安装有直线轴承，且两个竖杆分别贯穿两个直线轴承的内圈并和直线轴承的内圈滑动连接，利用直线轴承可以降低推动板在竖杆上的滑动摩擦力。

优选的，所述壳体的四周内壁上均固定贴合保温垫，且保温垫的厚度为一厘米到三厘米之间，利用保温垫可以提高了壳体的保温性能。

本实用新型中，现有技术中存在由于人们使用的生长条件与沉积多晶膜的条件相近，因而CVD金刚石单晶的进展较慢，CVD金刚石单晶的进展较慢，生长速率基本在微米左右，无法在较短的时间和低成本上获得大尺寸CVD金刚石单晶，主要是在人工合成的过程中对压力控制不准确，超过了气压的合理使用范围的问题，本申请文件针对现有的问题进行改进，首先打开密封门，然后将石墨块和金属触媒块依次叠放在固定座的顶部，然后转动螺杆，进而利用挤压头可以将金属触媒块和石墨块紧密贴合，此时便可以关闭密封门；

然后将进压管和加压设备(附图中未画出)相连接，其中加压设备可以为六面顶油压机，再通过进气管相壳体内排入高纯的氢气和甲烷，并加入少量的氮气，二氧化碳，氧气等气体，通过加热盘管可以对壳体内进行加热，此时金属触媒块和石墨块在达到共晶温度时会互溶，石墨块中的碳分子在温差的作用下，会逐渐移向金属触媒块的底部晶中位置，而一旦壳体内的压强超过指定的范围置以内时，气压会推动第一导电块向上进行移动，当第一导电块和第二导电块相贴合时，便使得报警器、第一导电块、第二导电块和电源形成电路回路，因而可以使得报警器进行报警，提醒操作人员可以关闭气阀，因而可以有效的将壳体内的气压稳定在指定的数值之内。

本实用新型中，实验中压强为120-300torr，功率为2-3kW，衬底温度为1100-1200度，生长时间为2-10h。

本实用新型结构简单，通过可以将石墨块和金属触媒块紧密贴合，便于两者互溶，同时在壳体内的气压超过指定的数值时会报警，进而工作人员便于对晶体的生长环境的压力进行严格控制，因从而可以在较短的时间内获得大尺寸金刚石单晶。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种金刚石单晶生长装置的结构示意图；

图2为本实用新型提出的一种金刚石单晶生长装置的图1结构示意剖视图；

图3为本实用新型提出的一种金刚石单晶生长装置的A部分的放大结构示意图。

图中：1壳体、2加热盘管、3固定座、4石墨块、5金属触媒块、6夹紧板、7支撑杆、8顶板、9螺杆、10挤压头、11进压管、12气阀13进气管、14竖杆、15推动板、16密封轴、17第一导电块、18安装板、19报警器、20第二导电块、21电源、22拉伸弹簧、23密封门、24排气管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

参照图1-3，一种金刚石单晶生长装置，包括壳体1，壳体1两侧内壁上固定安装有加热盘管2，壳体1的底部内壁上固定安装有固定座3，固定座3的顶部放置有石墨块4和金属触媒块5，且金属触媒块5叠放在石墨块4的顶部，金属触媒块5的顶部设置有压紧组件，壳体1的一侧设置有与内部相连通的进压管11，且进压管11上设置有气阀12，壳体1的顶部设置有多个与内部相连通的进气管13，壳体1)的顶部设置有排气管24，排气管24的顶部密封滑动连接有密封轴16，密封轴16的顶部固定安装有推动板15，推动板15上滑动连接有对称设置的两个竖杆14，竖杆14的底部和壳体1的顶部固定连接，壳体1的顶部固定安装有安装板18，且安装板18位于推动板15的正上方，推动板15的顶部固定设置有第一导电块17和电源21，且第一导电块17和电源21电性连接，安装板18的顶部固定安装有报警器19，安装板18的底部固定安装有第二导电片20，且第二导电片20和报警器19电性连接，推动板15的底部固定安装有拉伸弹簧22，且拉伸弹簧22的底部和壳体1的顶部固定连接。

本实施例中，压紧组件包括固定安装在固定座3顶部的对称设置的两个支撑杆7，且两个支撑杆7的顶部固定安装有同一个顶板8，顶板8上螺纹连接有螺杆9，螺杆9的底部延伸至顶板8的下方并转动连接有夹紧板6，且两个支撑杆7均贯穿夹紧板6并和夹紧板6滑动连接，夹紧板6的底部固定安装有挤压头10，且挤压头10的底部和金属触媒块5的顶部相贴合。

本实施例中，壳体1的一侧开设有通孔，且通孔内密封转动铰接有密封门23，密封门23上设置有可视窗口。

本实施例中，推动板15上开设有对称设置的两个滑动孔，且滑动孔内固定安装有直线轴承，且两个竖杆14分别贯穿两个直线轴承的内圈并和直线轴承的内圈滑动连接。

本实施例中，壳体1的四周内壁上均固定贴合保温垫，且保温垫的厚度为一厘米到三厘米之间。

实施例二

参照图1-3，一种金刚石单晶生长装置，包括壳体1，壳体1两侧内壁上固定安装有加热盘管2，壳体1的底部内壁上固定安装有固定座3，固定座3的顶部放置有石墨块4和金属触媒块5，且金属触媒块5叠放在石墨块4的顶部，金属触媒块5的顶部设置有压紧组件，壳体1的一侧设置有与内部相连通的进压管11，且进压管11上设置有气阀12，壳体1的顶部设置有多个与内部相连通的进气管13，壳体1)的顶部设置有排气管24，排气管24的顶部密封滑动连接有密封轴16，密封轴16的顶部固定安装有推动板15，推动板15上滑动连接有对称设置的两个竖杆14，竖杆14的底部和壳体1的顶部固定连接，壳体1的顶部固定安装有安装板18，且安装板18位于推动板15的正上方，推动板15的顶部固定设置有第一导电块17和电源21，且第一导电块17和电源21电性连接，安装板18的顶部固定安装有报警器19，安装板18的底部固定安装有第二导电片20，且第二导电片20和报警器19电性连接，推动板15的底部固定安装有拉伸弹簧22，且拉伸弹簧22的底部和壳体1的顶部固定连接，本实用新型结构简单，通过可以将石墨块4和金属触媒块5紧密贴合，便于两者互溶，同时在壳体1内的气压超过指定的数值时会报警，进而工作人员便于对晶体的生长环境的压力进行严格控制，因从而可以在较短的时间内获得大尺寸金刚石单晶。

本实施例中，压紧组件包括固定安装在固定座3顶部的对称设置的两个支撑杆7，且两个支撑杆7的顶部固定安装有同一个顶板8，顶板8上螺纹连接有螺杆9，螺杆9的底部延伸至顶板8的下方并转动连接有夹紧板6，且两个支撑杆7均贯穿夹紧板6并和夹紧板6滑动连接，夹紧板6的底部固定安装有挤压头10，且挤压头10的底部和金属触媒块5的顶部相贴合，当将石墨块4和金属触媒块5相贴合时，此时转动螺杆9，而螺杆9和顶板8螺纹连接，所以在转动螺杆9时会推动夹紧板6向下进行移动，进而利用挤压头10可以将金属触媒块5和石墨块4紧密贴合，便于两者发生化学反应时实现共融。

本实施例中，壳体1的一侧开设有通孔，且通孔内密封转动铰接有密封门23，密封门23上设置有可视窗口，利用可视窗口可以观察到壳体1内的石墨块4的化学反应状况。

本实施例中，推动板15上开设有对称设置的两个滑动孔，且滑动孔内固定安装有直线轴承，且两个竖杆14分别贯穿两个直线轴承的内圈并和直线轴承的内圈滑动连接，利用直线轴承可以降低推动板15在竖杆14上的滑动摩擦力。

本实施例中，壳体1的四周内壁上均固定贴合保温垫，且保温垫的厚度为一厘米到三厘米之间，利用保温垫可以提高了壳体1的保温性能。

本实施例中，在打开密封门23，然后将石墨块4和金属触媒块5依次叠放在固定座3的顶部，然后转动螺杆9，而螺杆9和顶板8螺纹连接，所以在转动螺杆9时会推动夹紧板6向下进行移动，进而利用挤压头10可以将金属触媒块5和石墨块4紧密贴合，此时便可以关闭密封门23，然后将进压管11和加压设备附图中未画出相连接，其中加压设备可以为六面顶油压机，再通过进气管13相壳体1内排入高纯的氢气和甲烷，并加入少量的氮气，二氧化碳，氧气等气体，通过加热盘管2可以对壳体1内进行加热，实验中压强为120-300torr，功率为2-3kW，衬底温度为1100-1200度，生长时间为2-10h，此时金属触媒块5和石墨块4在达到共晶温度时会互溶，石墨块4中的碳分子在温差的作用下，会逐渐移向金属触媒块5的底部晶中位置，而一旦壳体1内的压强超过指定的范围置以内时，气压会推动推动板15向上进行移动，推动板15会带动第一导电块17向上进行移动，当第一导电块17和第二导电块20相贴合时，便使得报警器19、第一导电块17、第二导电块20和电源21形成电路回路，因而可以使得报警器19进行报警，提醒操作人员可以关闭气阀12，当壳体1内的气压回落到指定的范围内时，在拉伸弹簧22的复位弹力下，使得密封轴16的一端移动至排气管24内并和排气管24进行封堵，因而可以有效的将壳体1内的气压稳定的指定的数值之内。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种金刚石单晶生长装置，包括壳体(1)，其特征在于，所述壳体(1)两侧内壁上固定安装有加热盘管(2)，所述壳体(1)的底部内壁上固定安装有固定座(3)，所述固定座(3)的顶部放置有石墨块(4)和金属触媒块(5)，且金属触媒块(5)叠放在石墨块(4)的顶部，所述金属触媒块(5)的顶部设置有压紧组件，所述壳体(1)的一侧设置有与内部相连通的进压管(11)，且进压管(11)上设置有气阀(12)，所述壳体(1)的顶部设置有多个与内部相连通的进气管(13)，所述壳体(1)的顶部设置有排气管(24)，所述排气管(24)的顶部密封滑动连接有密封轴(16)，所述密封轴(16)的顶部固定安装有推动板(15)，所述推动板(15)上滑动连接有对称设置的两个竖杆(14)，所述竖杆(14)的底部和壳体(1)的顶部固定连接，所述壳体(1)的顶部固定安装有安装板(18)，且安装板(18)位于推动板(15)的正上方，所述推动板(15)的顶部固定设置有第一导电块(17)和电源(21)，且第一导电块(17)和电源(21)电性连接，所述安装板(18)的顶部固定安装有报警器(19)，所述安装板(18)的底部固定安装有第二导电片(20)，且第二导电片(20)和报警器(19)电性连接，所述推动板(15)的底部固定安装有拉伸弹簧(22)，且拉伸弹簧(22)的底部和壳体(1)的顶部固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种金刚石单晶生长装置，其特征在于，所述压紧组件包括固定安装在固定座(3)顶部的对称设置的两个支撑杆(7)，且两个支撑杆(7)的顶部固定安装有同一个顶板(8)，所述顶板(8)上螺纹连接有螺杆(9)，所述螺杆(9)的底部延伸至顶板(8)的下方并转动连接有夹紧板(6)，且两个支撑杆(7)均贯穿夹紧板(6)并和夹紧板(6)滑动连接，所述夹紧板(6)的底部固定安装有挤压头(10)，且挤压头(10)的底部和金属触媒块(5)的顶部相贴合。

3.根据权利要求1所述的一种金刚石单晶生长装置，其特征在于，所述壳体(1)的一侧开设有通孔，且通孔内密封转动铰接有密封门(23)，所述密封门(23)上设置有可视窗口。

4.根据权利要求1所述的一种金刚石单晶生长装置，其特征在于，所述推动板(15)上开设有对称设置的两个滑动孔，且滑动孔内固定安装有直线轴承，且两个竖杆(14)分别贯穿两个直线轴承的内圈并和直线轴承的内圈滑动连接。

5.根据权利要求1所述的一种金刚石单晶生长装置，其特征在于，所述壳体(1)的四周内壁上均固定贴合保温垫，且保温垫的厚度为一厘米到三厘米之间。

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