[发明专利]一种化学气相沉积制备单晶金刚石的方法

说明书

本发明涉及硬质材料领域，具体为一种化学气相沉积制备单晶金刚石的方法，对单晶金刚石籽晶进行氧等离子体刻蚀，再将光刻胶溶液、有机硼化合物、单晶金刚石籽晶混合，超声振荡使其均匀分散得到混合液，使混合液均匀分布于衬底基板上，衬底基板烘干后，将其放入气相沉积腔室中，将腔室抽真空，启动微波，设定功率和衬底基板温度后，通入甲烷、氮气和氢气，进行金刚石生长，达到预定的生长时间后，停止通入气体，关闭微波电源，待冷却至室温取出，本发明方法能够提高所生成单晶金刚石的质量和单晶金刚石的生长速率，减少多晶点的产生，更有利于金刚石晶体的生长，提高单晶金刚石表面光滑度，改善表面缺陷。

技术领域

本发明涉及硬质材料领域，具体为一种化学气相沉积制备单晶金刚石的方法。

背景技术

人造金刚石是一种新型超硬超细磨料，是研磨抛光硬质合金、陶瓷、宝石、光学玻璃等高硬度材料的理想磨料，并广泛应用于汽车、机械、电子等领域。尤其是近几年，随着电子科技的迅速发展，市场对各类半导体、光学元器件材料的需求日益增多，为满足对这些材料高精密抛光的需求，制备优质单晶金刚石已成为首要任务。

目前，微米级颗粒金刚石的制备，主要是通过将高温高压法制备的粗颗粒金刚石机械粉碎后得到的。此方法工艺过程繁多，提纯及粒度筛选工作耗时较长，而且得到的颗粒没有完整的晶形，晶体内部存在大量缺陷，直接影响被加工材料的质量，难以满足精密抛光的要求，利用化学气相沉积法制备的金刚石，缺陷少，纯度高，晶形及尺寸也容易控制，这使得化学气相沉积法受到越来越多的关注。

发明内容

发明目的：针对上述技术发展趋势，本发明提出了一种化学气相沉积制备单晶金刚石的方法。

所采用的技术方案如下：

一种化学气相沉积制备单晶金刚石的方法：

对单晶金刚石籽晶进行氧等离子体刻蚀，再将光刻胶溶液、有机硼化合物、单晶金刚石籽晶混合，超声振荡使其均匀分散得到混合液，使混合液均匀分布于衬底基板上，衬底基板烘干后，将其放入气相沉积腔室中，将腔室抽真空，启动微波，设定功率和衬底基板温度后，通入甲烷、氮气和氢气，进行金刚石生长，达到预定的生长时间后，停止通入气体，关闭微波电源，待冷却至室温取出。

进一步地，等离子体刻蚀前，所述单晶金刚石籽晶先经过混酸、有机溶剂和去离子水清洗。

进一步地，所述混酸为浓硫酸和浓硝酸按体积比1:3混合而成；

所述有机溶剂为乙醇和/或丙酮。

进一步地，所述氧等离子体刻蚀时，刻蚀功率为3-5kW，时间为30-40min，真空度为10-15kPa。

进一步地，所述光刻胶由聚羟基苯乙烯、重氮萘醌磺酸酯、乙二醇乙醚组成。

进一步地，所述聚羟基苯乙烯、重氮萘醌磺酸酯、乙二醇乙醚的质量比为10-15：2-5：100-120。

进一步地，所述有机硼化合物为含硼聚乙烯。

进一步地，所述含硼聚乙烯中含硼量为2-3％。

进一步地，所述光刻胶溶液、有机硼化合物、单晶金刚石籽晶的质量比为1000-1500：1：40-50。

进一步地，甲烷的流量为10-15sccm，氮气的流量为0.8-1.2sccm和氢气的流量为250-300sccm。

本发明的有益效果：