[发明专利]一种利用微波等离子体化学气相沉积技术在钽铌酸钾晶体上制备金刚石薄膜的方法

说明书

本发明属于晶体合成技术领域，具体涉及一种利用微波等离子体化学气相沉积法在钽铌酸钾晶体上制备金刚石薄膜的方法，包括如下步骤：1）将钽铌酸钾晶体置于微波等离子体化学气相沉积装置的腔体中，将腔体抽真空后，通入氢气，调节氢气流量、气压和微波功率，产生等离子体包裹钽铌酸钾晶体以实现对其加热，并调节真空微调阀使腔内气压保持在11kPa‑12kPa范围之内；2）待压强和等离子体状态稳定后，对步骤1）所述腔体内通入甲烷，控制甲烷和氢气的通入流量比，再调节真空微调阀使腔内气压保持在11kPa‑12kPa范围之内；待通入甲烷6‑9h后关闭微波源，待腔体冷却，取出样品，得到在钽铌酸钾晶体上制备的金刚石薄膜。该方法有制备工艺简单，制备金刚石膜质量高，生长速度快等优点。

技术领域

本发明属于晶体合成技术领域，具体涉及一种微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置在钽铌酸钾晶体上制备金刚石薄膜的方法。

背景技术

金刚石拥有极高的硬度、优良的光学性能、相对于其他材料有较低的介电常数、室温下导热系数高、化学惰性高等优异性能，常应用于光学设备和光学窗口，涂层，半导体和电子器件等领域。天然金刚石储存量很小，而当前金刚石的需求量不断变大，因此，为了生长制备高速高质量的金刚石薄膜，对制备工艺和技术的研究尤为迫切。

微波等离子体化学气相沉积法制备得到的金刚石薄膜具有质量高、面积大等优点，是目前合成金刚石的有效方法之一。多年来，各种衬底(如Si、SiC、Pt、Ir)通过微波等离子体化学气相沉积，被用于异质外延沉积金刚石薄膜，并且在这些衬底上成功地制备了较高质量的金刚石薄膜。为了进一步提升金刚石薄膜的质量，以及获得各种不同需求的金刚石(热导率高、稀磁、半导体、X射线探测等)，所以需要探索新的衬底。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以钽铌酸钾晶体作为新型衬底、利用微波等离子体化学气相沉积法异质外延制备金刚石薄膜的方。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：

一种利用微波等离子体化学气相沉积装置在钽铌酸钾晶体上制备金刚石薄膜的方法，包括如下步骤：

1)将钽铌酸钾晶体置于微波等离子体化学气相沉积装置的腔体中，将腔体抽真空后，通入氢气，调节氢气流量、气压和微波功率，气体吸收微波能量在腔体内部激发，产生等离子体，等离子体包裹钽铌酸钾晶体以实现对其加热，并调节真空微调阀使腔内气压保持在11kPa-12kPa范围之内；

2)待压强和等离子体状态稳定后，对步骤1)所述腔体内通入甲烷，控制甲烷和氢气的通入流量比为200:5，再调节真空微调阀使腔内气压保持在11kPa-12kPa范围之内；待通入甲烷6-9h后关闭微波源，待腔体冷却，取出样品，得到在钽铌酸钾晶体上制备的金刚石薄膜。

按上述方案，步骤1)中抽真空至真空度为10-100Pa。

按上述方案，步骤1)中，微波功率为1000W，氢气流量为200sccm，气压为11kPa。

按上述方案，钽铌酸钾晶体作为衬底，温度控制在600℃-800℃。等离子体包裹钽铌酸钾晶体表面并对其加热，温度由微波能量产生的热量决定。

按上述方案，步骤2)中，待压强和等离子体状态稳定，具体指的是压强、温度和微波功率稳定，也就是压强稳定在11kPa-12kPa范围，衬底温度通过微波功率稳定在600℃-800℃。

按上述方案，步骤2)中，甲烷的流量为5sccm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD法)，利用甲烷/氢气混合气体，首次在钽铌酸钾(KTN)晶体上制备金刚石膜，具有制备金刚石膜质量高，纯度高，生长速度快等优点。

附图说明