[发明专利]一种切割面直接生长制备CVD单晶金刚石的工艺

说明书

本发明属于单晶金刚石制备工艺技术领域，具体涉及一种切割面直接生长制备CVD单晶金刚石的工艺。本发明针对现有技术中存在的不足，提出了一种切割面直接生长制备CVD单晶金刚石的工艺，通过激光切割精加工的方式降低单晶金刚石的表面粗糙度，并使用CO₂在高温下对切割面进行刻蚀，促进生长表面的“平坦”化，以便取代常规的表面抛光工艺，实现晶种的直接生长，提高生产效率。本发明所述制备CVD单晶金刚石的工艺，采用特殊的工艺方法对生长过程加以控制，省去了抛光处理的过程，提高了生产效率，为单晶金刚石的工业化生产提供稳定保障，具有较高的发展前景和经济价值。

技术领域

本发明属于单晶金刚石制备工艺技术领域，具体涉及一种切割面直接生长制备CVD单晶金刚石的工艺。

背景技术

金刚石不仅是珠宝首饰的原材料，更是一种有巨大潜力的功能材料。它具有极高的硬度、高热导率、高光学透过性、高化学稳定性、良好的生物兼容性、低介电系数以及极低的热膨胀系数等优良性质，因而在许多领域都具有极大的应用需求，如在微电子、光电、生物医学及航空航天等高新技术领域均拥有很好的应用前景。

化学气相淀积（CVD）法是以气相原材料经化学反应而淀积固体薄膜的方法，其中，对于单晶金刚石的制备，MPCVD（微波等离子体化学气相沉积）法是目前国内外制备单晶金刚石应用最广泛的方法。MPCVD法具有污染小、沉积温度低、放电平稳、纯度高、等离子体密度大等优点，可以获得均匀性好、面积大的高质量单晶金刚石，且产品重复性好。

在MPCVD单晶金刚石生长过程中，普便使用的是经过表面抛光的单晶片作为生长晶种，由于现有技术中抛光工序耗时长、加工效率低，对加工成本、加工成品率均造成一定影响。例如，公开号为CN112030228A的中国专利公开了一种用于多颗MPCVD单晶金刚石共同生长的桥接控温方法，通过生长前对种晶侧面进行激光切割和摩擦机械抛光，改变种晶侧面的粗糙度，并通过建立单晶和多晶导热通路的方式实现多颗种晶均匀控温的效果。但是，此种抛光方式不仅工序耗时长，而且抛光效果较一般，不能完全保证单晶金刚石表面的“平坦”化。

为此，本发明的目的是通过对单晶金刚石切割表面进行“扫平”处理，然后再进行刻蚀，取代常规的表面抛光工艺，以提高CVD单晶金刚石的生产效率。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种切割面直接生长制备CVD单晶金刚石的工艺，通过激光切割精加工的方式降低单晶金刚石的表面粗糙度，并使用CO₂在高温下对切割面进行刻蚀，促进生长表面的“平坦”化，以便取代常规的表面抛光工艺，实现晶种的直接生长，提高生产效率。

为了实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种切割面直接生长制备CVD单晶金刚石的工艺，包括以下步骤：

（1）激光切割精加工：

取经激光切块的CVD金刚石单晶片，以晶体学取向为（100）的晶面为基准，对单晶片表面进行激光切割精加工处理，即在更加精细的参数和更低的切割损耗的条件下，利用激光切割的方式将原本纹理较重的表面进行切除，降低表面粗糙度；

（2）晶种筛选：

使用15-17片经步骤（1）处理的CVD单晶片作为晶种，要求表面无缺陷，棱边质量较好；

（3）晶种的预处理：

将晶种置于有机溶剂中浸泡，然后清洗；

（4）使用MPCVD设备进行单晶片生长：