[发明专利]一种生产单晶金刚石的方法

说明书

本发明公开了一种生产单晶金刚石的方法，包括以下步骤：S1，选择多颗单晶金刚石，将各单晶金刚石抛光，然后清洗；S2，测量各单晶金刚石的厚度，然后将各单晶金刚石摆放在真空腔体内；S3，启动金刚石生长设备；S4，测量各单晶金刚石的温度，对测量到各单晶金刚石的温度进行数据处理，判断测量到的各单晶金刚石的温度差异是否在预定范围内；若各单晶金刚石的温度差异超出了预定范围，对单晶金刚石的位置进行调整；S5，重复步骤S4，使各单晶金刚石的温度差异维持在预定范围内，直至各单晶金刚石生长完成。能够将各单晶金刚石生长时的温度差异控制在一定范围内，使各单晶金刚石生长时的温度更加均匀。本发明应用于金刚石合成技术领域。

技术领域

本发明涉及金刚石合成技术领域，具体涉及一种生产单晶金刚石的方法。

背景技术

金刚石由于具有极其优异的物理化学性质，引起了大家的关注。但天然金刚石储量有 限，于是人们开发出多种合成金刚石方法，如高温高压法(HPHT)、热丝化学气相沉积法 (HJCVD)。其中微波等离子体化学气相沉积法(Microwave plasma chemical vapordeposition)合成金刚石法由于没有杂质的引入，可以合成出高质量、大面积的金刚石。

MPCVD法合成金刚石的质量与多种因素有关，包括碳源浓度，气体流量大小，气体流 量比例，基板台高度，微波功率，合成温度，其中合成温度对于合成金刚石质量具有极大地关系。在批量合成金刚石的过程中，任意一个合成参数的变化，均有可能会影响合成过程的稳定性，尤其对于长时间的设备运行过程中，随着金刚石的生长，这是一个动态的平衡过程，此时合成参数不可避免的会出现扰动，因而对于生长金刚石的质量的实时监测，就极为重要。

现有技术的技术方案：

(1)对于现有的多颗单晶金刚石的批量生长过程中温度不均匀的问题，有多种解决 方案，目前比较常见的解决思路是通过改变单晶金刚石的基板台底部的散热能力来进行调 节的，如通过改变基板台底部与水冷的接触面积、在基板台底部掏出一部分凹槽阻止局部 散热能力、底部增加钼丝或者增加加热丝等。

(2)第二种解决方案就是通过调整工艺参数，使得等离子体火球的形状发生一定的 改变，使得外围的单晶金刚石温度逐渐增加，保证多颗的温度均匀性。

现有技术的缺点：

(1)对于第一种改变热阻的解决方案，对于多颗金刚石的合成来讲，具有一定的效果，但是该解决方案增加了设备成本，需要额外对基板台进行加工。此外，这种热阻的改 变方式，一般会改变某一局部区域的热阻，会使得近邻几颗的单晶金刚石具有同样的温度 趋势，不利于对特定单一单晶金刚石的温度调节。

(2)第二种解决方案由于在真空腔体内部，工艺参数进行优选后保持稳定，因此该方案对于多颗金刚石中的温度均匀性调整能力极为有限。

专利号为CN109385625A的专利文件公开了一种MPCVD设备控温装置，包括多个基片台， 相邻基片台的间隔距离为1mm～10mm，每个基片台配置单独的冷却水路，所述冷却水路为 常规冷却水路设计，所述冷却水路可通过控制通入冷却水的流速、流量，控制基片台的冷 却速度。通过控制基片台的温度，调节控制金刚石生长过程中基底的温度，进而在金刚石 沉积过程中控制基板温度。在金刚石生长过程中，通过控制散热对金刚石表面温度进行控 制，使沉积过程中各颗金刚石表面温度接近，这样，同一批次生产的金刚石的生长速率以 及品质一致，有利于批量生产。

上述专利文件主要通过冷却介质等外部结构调节温度，而对于如何使生产过程中的各 金刚石的温度变得均匀没有任何技术启示。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种生产单晶金刚石的方法，能够将各单晶金刚石生 长时的温度差异控制在一定范围内，使各单晶金刚石生长时的温度更加均匀。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：