[发明专利]一种MPCVD制备金刚石的方法

说明书

本发明公开了一种MPCVD制备金刚石的方法，依次包括以下步骤：(1)将金刚石衬底清洗后放入MPCVD腔体，密封抽真空，通入反应气体至气压为4‑6Torr，开启微波源形成等离子体，增大反应气体流量和微波功率加热至刻蚀温度；(2)通入刻蚀气体刻蚀20‑60min，然后通入碳源气体，调节MPCVD腔体气压和微波功率至工艺温度，持续生长10‑30h，关闭碳源气体再刻蚀金刚石衬底；(3)重复步骤(1)‑(2)直至金刚石完成生长，关闭MPCVD，取出金刚石衬底，得金刚石。本发明能够获得品质较好的金刚石，有效解决了现有技术中金刚石衬底表面易形成大颗粒金刚石点、石墨、多晶等问题。

技术领域

本发明涉及金刚石制备技术领域，具体涉及一种MPCVD制备金刚石的方法。

背景技术

金刚石由于具有优异的物理化学性质，但金刚石储量有限，开采难度较大，因此衍生出许多人工合成金刚石的方法，如高温高压法(HTHP)、热丝化学气相沉积法(HJCVD)、微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)。微波等离子体化学气相沉积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相关因素较多，包含碳源浓度、气体流量、合成温度、基片台结构、基片台高度、微波功率、腔体气压等。但由于温度的不均匀、生长取向、衬底缺陷等因素导致金刚石衬底易形成大颗粒金刚石点、石墨、多晶等缺陷。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种MPCVD制备金刚石的方法，能够获得品质较好的金刚石，有效解决了现有技术中金刚石衬底表面易形成大颗粒金刚石点、石墨、多晶等问题。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种MPCVD制备金刚石的方法，依次包括以下步骤：

(1)将金刚石衬底清洗后放入MPCVD腔体，密封抽真空，通入反应气体至气压为4-6Torr，开启微波源形成等离子体，增大反应气体流量和微波功率加热至刻蚀温度；

(2)通入刻蚀气体刻蚀20-60min，然后通入碳源气体，调节MPCVD腔体气压和微波功率至工艺温度，持续生长10-30小时，关闭碳源气体再刻蚀金刚石衬底；

(3)重复步骤(1)-(2)直至金刚石完成生长，关闭MPCVD，取出金刚石衬底，得金刚石。

进一步，步骤(1)中，反应气体为氢气和/或水蒸气。

进一步，步骤(1)中，金刚石衬底放入前，需要对MPCVD腔体进行清洁，保证腔体干净无污染。

进一步，步骤(1)中，抽真空后小于表压值10^-2Pa。

进一步，该刻蚀温度，不同测温设备、不同发射率所测得的刻蚀温度不同，具体根据各自工艺而定。

进一步，步骤(2)中，刻蚀气体为氢气或氢气与氧气和氩气中至少一种的混合气体。

进一步，步骤(2)中，碳源气体为甲烷、乙醇蒸汽、丙酮蒸汽和二氧化碳中的至少一种。

进一步，步骤(2)中，持续生长20h。

进一步，刻蚀气体通入流量为250～500sccm，碳源气体通入流量为250～300sccm。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、本发明通过采用MPCVD设备，能够获得品质较好的金刚石，有效解决了现有技术中金刚石衬底表面易形成大颗粒金刚石点、石墨、多晶等问题。

2、每隔一定时间后停止通入碳源气体，通入刻蚀气体对金刚石表面进行刻蚀，将生长过程中尚未聚集形成较大的金刚石点、石墨、多晶通过刻蚀气体的作用消除掉，避免其继续长大。从而减少金刚石的缺陷，提高金刚石的质量。