[发明专利]金刚石圆片径向生长方法及装置

说明书

本发明涉及晶体合成技术领域，尤指一种金刚石圆片径向生长方法及装置，该包括升降式旋转支架和晶圆夹持单元；升降式旋转支架包括升降杆装置、横架、距离调整组件、旋转驱动组件和至少两组平行设置的旋转轴；而该生长方法通过晶圆夹持单元将多片金刚石圆片同轴夹持成柱状，然后安置在升降式旋转支架，升降式旋转支架带动金刚石圆片转动、升降及间隙控制作用下，金刚石圆片侧面暴露在工艺气体激发后的等离子体中，使得金刚石圆片只沿着侧面径向旋转生长，从而生长出大直径金刚石圆片，通过晶圆夹持单元保持金刚石圆片的厚度，通过旋转轴的研磨保持金刚石圆片的圆度。

技术领域

本发明涉及晶体合成技术领域，尤指一种金刚石圆片径向生长方法及装置。

背景技术

单晶金刚石具有优异的物理化学性能，尤其是在光学窗口、散热以及电子器件等领域具有重要的应用价值。为了拓展这些应用，需要制备出大面积金刚石片。

在各种金刚石制备方法中，微波等离子体化学气相沉积法以其等离子体功率密度高、无电极放电污染和性能稳定等特性成为制备高品质金刚石的首选方法。当前方法生产大面积单晶金刚石的工艺过程中，普遍采用将金刚石籽晶固定在沉积台上，采用马赛克拼接，通过冷却沉积台对籽晶进行温度控制，在籽晶向着等离子体的一面进行单向生长，然后采用离子注入将单晶一层层剥离。由于马赛克拼接需要选取晶向一致的籽晶，拼接难度大，长大后要复制晶种还要采用离子注入剥离，设备昂贵，剥离难度大。

现有技术中也有公开了一种大直径金刚石片的制备方法，但该方法在连续长周期的生长过程中控制晶圆的圆度及厚度上有难度。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种金刚石圆片径向生长方法及装置，可以直接生长出大直径金刚石圆片，而且在长周期的生长过程中能很好地保持金刚石圆片的圆度及厚度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种金刚石圆片径向生长方法，包括如下步骤：

步骤一、将金刚石圆片夹持在晶圆夹持单元上；

步骤二、将夹有金刚石圆片的晶圆夹持单元放置在旋转支架的旋转轴上，使得晶圆夹持单元的轴线与旋转轴的轴线平行；

步骤三、旋转驱动组件带动旋转轴转动，靠旋转轴与金刚石圆片侧面的摩擦力驱动金刚石圆片逆向旋转；

步骤四、开启化学气相沉积工艺，让金刚石圆片在适宜的工艺气氛下生长；

步骤五、根据金刚石圆片的生长状态调整旋转轴的转速、高度及间距，使得金刚石圆片保持在设定的工艺气氛下生长；

不断循环步骤五，当金刚石圆片生长到设定直径后停止生长工艺程序。

为了获得上述制备方法，本发明还提供了一种金刚石圆片径向生长装置，包括升降式旋转支架和晶圆夹持单元；所述升降式旋转支架包括升降杆装置、横架、距离调整组件、旋转驱动组件和至少两组平行设置的旋转轴；所述横架设置在所述升降杆装置顶部；所述距离调整组件安装在所述横架上，用于调整相邻两个晶圆夹持单元的间距；所述旋转驱动组件安装在所述距离调整组件上并和所述旋转轴驱动连接；所述晶圆夹持单元用于将多片金刚石圆片同轴夹持成圆柱状，所述晶圆夹持单元放置在两个旋转轴之间。

作为一种优选方案，所述旋转轴的内部装设水冷套。

作为一种优选方案，所述距离调整组件为电动调整组件，所述电动调整组件包括安装于所述横架的导轨、安装在所述导轨上的若干个滑块、传动杆和步进电机；所述传动杆一端与所述滑块连接，其另一端与所述步进电机的输出轴相连；所述旋转驱动组件安装在所述滑块上。

作为一种优选方案，所述距离调整组件为手动调整组件，所述手动调整组件包括安装座和锁紧螺母，所述旋转驱动组件安装在所述安装座上，所述安装座背向所述旋转驱动组件一面设有螺纹柱；所述横架沿其延伸方向设有条形孔，所述螺纹柱穿设于所述条形孔内，并通过所述锁紧螺母拧紧固定。