[发明专利]一种通过微波等离子体采用碳化硼制备金刚石的方法

权利要求书

1.一种通过微波等离子体采用碳化硼制备金刚石的方法，其特征在于，所述方法包括：

预处理步骤：提供衬底，将固态碳化硼颗粒均匀放置在所述衬底周围，并放入微波等离子体反应室中；

形核步骤：采用第一工艺参数组合在所述微波等离子体反应室中产生等离子体轰击所述固态碳化硼颗粒，以使金刚石在所述衬底表面形核；以及

生长步骤：采用第二工艺参数组合在所述微波等离子体反应室中产生等离子体轰击所述固态碳化硼颗粒，以在所述衬底表面生成掺硼的金刚石；其中

所述第一工艺参数组合不同于所述第二工艺参数组合；

所述形核步骤和所述生长步骤进一步包括：

增强所述固态碳化硼颗粒上表面的微波电场，以强化所述固态碳化硼颗粒上表面聚集的等离子体的轰击能力；

所述预处理步骤进一步包括：

在所述固态碳化硼颗粒中均匀设置多根金属丝，所述金属丝的顶部超过所述固态碳化硼颗粒的上表面且低于所述衬底的上表面，以在所述形核步骤和所述生长步骤中通过所述金属丝的尖端放电增强所述固态碳化硼颗粒上表面的微波电场。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述形核步骤前，所述方法还包括：

预清洗步骤：采用第三工艺参数组合在所述微波等离子体反应室中产生等离子体，以对所述衬底的表面进行刻蚀，并清除所述固态碳化硼颗粒表面吸附的杂质。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第三工艺参数组合包括：

产生等离子体的反应气体为氢气；

所述氢气的流量为100-1000标准立方厘米每分钟；

所述微波等离子体反应室的气压为1-2千帕；

所述衬底的温度为800-1000摄氏度；以及

所述预清洗步骤的持续时间为5-10分钟。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一工艺参数组合和所述第二工艺参数组合所包含的工艺参数均包括：

产生等离子体的反应气体、所述反应气体的流量、产生等离子体的微波功率、所述微波等离子体反应室的气压、所述衬底的温度以及持续时间；其中

所述第一工艺参数组合和所述第二工艺参数组合所采用的反应气体均为包含氢气、氩气和甲烷的组合气体；

所述第一工艺参数组合中的氢气流量、氩气流量等于所述第二工艺参数组合中的氢气流量、氩气流量；

所述第一工艺参数组合中的甲烷流量大于所述第二工艺参数组合中的甲烷流量；

所述第一工艺参数组合中的微波功率、气压、温度、持续时间均小于所述第二工艺参数组合中的微波功率、气压、温度、持续时间。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一工艺参数组合包括：

产生等离子体的反应气体为包含氢气、氩气和甲烷的组合气体；

所述氢气的流量为100-1000标准立方厘米每分钟；

所述氩气的流量为10-100标准立方厘米每分钟；

所述甲烷的流量为所述氢气的流量的3％-5％；

激发等离子体的微波功率为2500-3500瓦；

所述微波等离子体反应室的气压为8-11.5千帕；

所述衬底的温度为800-850摄氏度；以及

所述形核步骤的持续时间为30-60分钟。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二工艺参数组合包括：

产生等离子体的反应气体为包含氢气、氩气和甲烷的组合气体；

所述氢气的流量为100-1000标准立方厘米每分钟；

所述氩气的流量为10-100标准立方厘米每分钟；

所述甲烷的流量为所述氢气的流量的2.5％-3％；

激发等离子体的微波功率为3500-4800瓦；

所述微波等离子体反应室的气压为11.5-18千帕；

所述衬底的温度为850-950摄氏度；以及

所述生长步骤的持续时间为10-100小时。