[发明专利]一种金刚石膜氧化硼掺杂方法

说明书

本发明公开了一种金刚石膜氧化硼掺杂方法，所述方法采用热丝气相沉积法制备掺硼金刚石薄膜时，通过在基片平台的周边均匀设置若干开口面积相等的容器，将氧化硼粉放置于容器中，在热丝加热时同时加热容器中的氧化硼粉形成高温气化，实现掺硼金刚石薄膜的制备。本发明通过在基片平台周边设置若干开口面积相等的容器，并在容器中盛放氧化硼粉，通过控制盛放粉体的数量，就可以控制参加气化的氧化硼数量，并通过采用不同高度的空心立管作为容器，可以控制氧化硼与热丝的距离，从而控制氧化硼的接触温度，从而间接调整氧化硼的气化速度，选择一个合适的高度和数量，从而在其他条件一定的情况下，控制硼掺杂的浓度，使硼在沉积过程中的均匀高效掺杂。

技术领域

本发明涉及热丝化学气相沉积技术领域，具体提供一种金刚石膜氧化硼掺杂方法。

背景技术

掺硼金刚石电极和传统的电极材料相比，其除了保留了金刚石高热导率、稳定、耐高温等特性之外，还拥有较宽的电化学窗口、低背景电流、吸附惰性等。掺硼金刚石电极使纯金刚石成为半导体，具有稳定的电化学特性，拥有较宽的电势窗口、较低的背景电流，而且电极上不易吸附有机物或者生物化合物，耐酸碱腐蚀，具有自清洁功能。因此，掺硼金刚石电极被广泛应用于电化学领域，其中掺硼金刚石电极在污水处理领域的研究最为广泛。

常用硼掺杂方式通常有三种：固体、液体和气体硼源，其中液体含硼物质一般具有腐蚀性，气体硼化合物多具有毒性，因此，无毒无腐蚀性的固体硼掺杂方式已经进入研究领域。

CN201910925306.0公开了一种利用固态掺杂源制备掺硼金刚石的方法，要解决现有掺硼金刚石薄膜的制备方法中气体硼源不安全，对设备有腐蚀性的问题。该发明公开了：一、掺杂源的制备：将石墨粉和硼源研磨并混合，得到混合粉体，然后将混合粉体放入压片机中，压成圆片或正方形薄片，得到固态掺杂源；所述的硼源中硼元素与石墨粉中碳元素的原子比为(0.001～0.1):1；所述的硼源为硼粉或者氧化硼粉末；二、掺硼金刚石薄膜的制备：将衬底及多个固态掺杂源置于微波等离子化学气相沉积装置的样品台上，且多个固态掺杂源均布设置于衬底外围，通入氢气或通入氢气与其他气体的混合气体，然后在氢气流速为50sccm～300sccm、衬底温度为400℃～1100℃、固态掺杂源温度为600℃～1200℃、压强为80mbar～500mbar及微波功率为1500W～6000W的条件下，沉积30min～50h，在衬底表面生长掺硼金刚石薄膜，得到表面生长有掺硼金刚石薄膜的衬底，即完成利用固态掺杂源制备掺硼金刚石的方法。

由于热丝化学气相沉积(HFCVD)方法设备简单，易于操作，且能以较高的速率生长高质量金刚石膜，至今仍被广泛采用，但是由于硼掺杂量难于控制，难以大规模投入生产。

发明内容

本发明的技术任务是针对上述存在的问题，提供一种金刚石膜氧化硼掺杂方法。

一种金刚石膜氧化硼掺杂方法，所述方法采用热丝气相沉积法制备掺硼金刚石薄膜时，通过在基片平台的周边均匀设置若干开口面积相等的容器，将氧化硼粉放置于容器中，在热丝加热时同时加热容器中的氧化硼粉形成高温气化，实现掺硼金刚石薄膜的制备。

所述方法通过设置容器的数量，实现氧化硼掺杂浓度的控制。由于开口的面积确定，因此可以通过设置容器的数量，控制参与气化的氧化硼的表面积。

所述容器为空心立管，通过设置空心立管的高度，调节氧化硼的温度，从而调节氧化硼的气化浓度。

所述方法实现步骤包括：

1)选择基片，并对基片进行预处理；

2)在基片平台周边均匀设置若干开口面积相等的空心立管

3)在立管内放置氧化硼粉；

4)通电加压，通入含碳气体，进入形核和生长过程。