[发明专利]一种大尺寸单晶金刚石的制备方法

说明书

本发明提出了一种大尺寸单晶金刚石的制备方法，本发明的方法中把单晶金刚石衬底放置在微波谐振腔的基片台上，使甲烷与氢气等混合反应气体在进入微波谐振腔之前在激光解离腔内被充分电离，激光解离腔能够使激光在腔内形成共振态，将光强提高10倍以上，可以有效降低激光器的功率；气体大量吸收能量充分解离成等离子体后在电场作用下进入微波谐振腔内进行生长，在微波能量的作用下，未电离的气体分子再次得到电离，使得碳氢活性基团浓度增加，从而实现加速单晶金刚石快速生长的目的，并且可以用来生长大尺寸单晶金刚石，制备出的单晶金刚石尺寸能够达到300mm。

技术领域

本发明涉及薄膜制备技术领域，尤其涉及一种大尺寸单晶金刚石的制备方法。

背景技术

金刚石是一种宽禁带半导体材料，带隙宽度为5.5eV。它具有极其优异的物理性质，如高载流子迁移率高热导率(22W·cm-1·K-1)，高击穿电场(10MV·cm-1)、高载流子饱和速率(电子载流子饱和速率为1.5×107～2.7×107cm·s-1，空穴载流子饱和速率为0.85×107～1.2×107cm·s-1)和低介电常数(5.7)等。基于这些优异的性能参数，金刚石被认为是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件最有希望的材料。

金刚石的制备方法主要包括高温高压(HTHP)法和化学气相沉积 (CVD)法。高温高压法制备的金刚石一般含有一定的杂质，影响金刚石的质量，并且成本昂贵，技术要求苛刻。目前主要制备工具级金刚石，用于工具涂层。CVD法可以得到高质量的金刚石，没有杂质掺入，基本无色透明。CVD法主要包括HFCVD法、微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法、等离子体喷射CVD法、热阴极等离子体 CVD法和激光诱导等离子体CVD法等。其中HFCVD法、MPCVD法和等离子体喷射CVD法是目前主要的制备技术。而MPCVD法由于采用无电极放电，可产生纯净的等离子体，以避免其他生长方法中由于电极使用造成的污染，成为制备高品质金刚石膜的首选方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种大尺寸单晶金刚石的制备方法，旨在提供一种采用MPCVD法制备大尺寸单晶金刚石的方法。

为实现上述目的，本发明提供的一种大尺寸单晶金刚石的制备方法，所述方法包括如下步骤：

步骤10，对基片采用预设方式进行预处理；

步骤20，对金刚石衬底进行预处理；

步骤30，将进行预处理后的金刚石衬底以及基片安装到预设位置；

步骤40，对腔室进行洗气处理，并在洗气后进行抽真空处理；

步骤50，向激光解离腔中通入含有碳源的气体进行电离；

步骤60，在基片台和喷头之间施加电场；

步骤70，然后将电离后的气体通入所述微波谐振腔中进行微波等离子体化学气相沉积，在基片上生长单晶金刚石。

优选地，所述步骤10中采用预设方式对基片进行预处理的步骤为：对基片进行抛光处理使基片表面平整化。

优选地，所述步骤20中为对金刚石衬底进行抛光预处理，以使金刚石表面平整化。

优选地，通过步骤40进行抽真空后的压强为5.6×10^-4～6.4×10^-4。

优选地，所述步骤50中的碳源为CH4。

优选地，所述步骤50中射入所述激光解离腔内的激光的脉宽为 50～100fs

优选地，所述步骤60中在所述基片台与所述喷头之间施加的所述电场的强度为300～500V/m。