[发明专利]激光增强等离子体CVD制备单晶金刚石装置及其方法

说明书

本发明公开了一种激光增强等离子体CVD制备单晶金刚石装置及其方法，所述装置包括等离子体CVD设备和激光设备；所述激光设备多于1个，分别位于所述等离子体CVD设备圆柱腔体外侧，所述激光设备发射的激光能够照射到位于等离子体CVD设备腔体中的基片台；所述基片台位于等离子体CVD设备腔体的中部，基片台下部设有冷却水循环系统，包括冷却水入口和冷却水出口；所述等离子体CVD设备腔体底部设有原料进气口和抽气口。所述方法结合微波能(或电能)和激光两种能量，利用低成本的高能量激光提高金刚石合成过程中等离子体的能量和气体离解速率，从而提高金刚石的合成速率，该方法有效解决了金刚石高速批量制备的难题。

技术领域

本发明属于金刚石加工技术领域，具体涉及一种激光增强等离子体CVD制备单晶金刚石装置及其方法。

背景技术

普通的等离子体CVD(化学气相沉积)设备合成单晶金刚石的合成速率比较低，且产量不高，如果需要提高速率则需要较大功率的微波源进行改进，这样在成本和能耗上会增大很多，从而增大了设备的成本，也限制了金刚石的高速批量制备。

现有技术采取微波(或直流、热丝)等离子体化学气相沉积技术合成单晶金刚石，单纯的微波(或电能)能量无法获得高密度的等离子体和高的气体离解速率，使得单晶金刚石的生长速率较低，导致产品效率低，成本较高，阻碍了其大规模应用。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种激光增强等离子体CVD制备单晶金刚石装置及其方法，该技术结合微波能(或电能)和激光两种能量，利用低成本的高能量激光提高金刚石合成过程中等离子体的能量和气体离解速率，从而提高金刚石的合成速率，该方法有效解决了金刚石高速批量制备的难题。

为此，本发明采用了以下技术方案：

一种激光增强等离子体CVD制备单晶金刚石装置，包括等离子体CVD设备和激光设备；所述激光设备多于1个，分别位于所述等离子体CVD设备圆柱腔体外侧，所述激光设备发射的激光能够照射到位于等离子体CVD设备腔体中的基片台；所述基片台位于等离子体CVD设备腔体的中部，基片台下部设有冷却水循环系统，包括冷却水入口和冷却水出口；所述等离子体CVD设备腔体底部设有原料进气口和抽气口。

进一步地，所述等离子体CVD设备是热丝CVD、微波CVD、直流CVD等中的一种。

进一步地，所述等离子体CVD设备的腔体是密封的，可以抽真空，也可以充气。

进一步地，所述原料进气口均匀分布在基片台周围，尺寸为1-3mm，数量大于12个。从而保证气体充分地流经基片，保证均匀沉积。

一种激光增强等离子体CVD制备单晶金刚石方法，包括如下步骤：

步骤一，对籽晶进行清洁处理，并烘干；

步骤二，将籽晶放入等离子体CVD设备的腔体中，然后抽本底真空至1*10^-4Pa以内，打开冷却水循环系统，然后通入1-1000sccm氢气并维持进气和抽气的平衡，保持气压一定，输入能量，产生放电，调整籽晶温度至一定温度，处理一定时间；

步骤三，通入含碳气体进行生长，打开激光设备的电源，调整激光束照射到基片表面，控制籽晶温度在一定温度，进行生长一定时间；

步骤四，生长结束后取出金刚石片，进行后处理获得单晶金刚石片。

进一步地，步骤一中对籽晶的清洁处理采用丙酮、酒精等易挥发液体清洗籽晶表面的有机物等杂质，烘干温度为60℃。

进一步地，步骤二中所述等离子体CVD设备包括热丝CVD、微波CVD、直流CVD等，所述能量包括热丝、微波、直流等；所述调整籽晶温度为600-800℃，所述处理时间为1-120分钟。