The invention discloses a method for preparing a diamond film by adopting microwave plasma chemical vapor deposition method, belonging to the technical field of crystal synthesis. In this method, the water table response device of diamond film cavity substrate in microwave plasma chemical vapor deposition, its structure contains the central groove for placing the sedimentary basement, annular bulge, annular bulge, between inside and outside the convex part between the annular groove and is located outside the outer surface of the lateral projection. The substrate is independent from the reaction chamber and water table for placing sedimentary basement and in its form over the field and the plasma distribution is uniform and stable, improve the uniformity of the preparation of diamond films, and can effectively prevent pollution of diamond films to the substrate impurity sputtering deposition substrate non deposition region formation. The invention has the advantages of simple design, simple preparation, large area diamond film preparation, suitable for preparing diamond films of different sizes and thicknesses, and high quality of the diamond films prepared.
【技术实现步骤摘要】
一种采用微波等离子体化学气相沉积法制备金刚石膜的方法
本专利技术属于晶体合成
,涉及一种采用微波等离子体化学气相沉积法制备金刚石膜的方法。
技术介绍
金刚石具有极高的硬度,并在室温下具有极高热导率、低热膨胀系数、高化学惰性等优异性能,可以广泛应用于刀具、涂层、光学窗口及声学传感器、半导体和电子器件等领域。目前,金刚石的需求量大,而天然金刚石储量很少,因此,对于高速、高质量、大面积均匀生长金刚石膜的制备技术的研究尤为迫切。微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD法)是一种质量高、易操控的人工制备金刚石的方法,其基本原理是使用微波在低分子碳烃气体(比如甲烷)与氢气的混合气体中激发等离子体,在等离子体的高温环境中,碳原子沉积到放置于基片台的沉积基底上,从而实现金刚石膜的人工生长。MPCVD法制备金刚石膜使用电磁波能量来激发反应气体,具有无电极污染、等离子体集中且不易扩散等优点,用MPCVD法制备的金刚石性能与天然金刚石接近,部分性能甚至超越了天然金刚石,非常适合用来生长高质量的金刚石,是目前合成金刚石最有前景的方法之一。微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置一般包括微波系统、真空系统、供气系统、冷却系统及等离子体反应室,其中等离子体反应室是MPCVD装置的关键部件,包括微波等离子体反应腔体、水冷台、基片台等组件。在MPCVD装置中,基片台放置于微波等离子体反应腔体内的水冷台上,其设计对反应腔体内的电场和等离子体分布及均匀性有重要影响,对于制备高品质的金刚石起着重要作用。通常的基片台设计采用简单圆盘结构,沉积基底置于圆盘的平坦支撑表面。由于边缘效应的影响, ...
【技术保护点】
一种采用微波等离子体化学气相沉积法制备金刚石膜的方法,其特征在于包括以下步骤:步骤一:打开MPCVD装置的反应腔,将基片台置于水冷台上,将表面预处理后的沉积基底置入基片台的中心凹槽中;步骤二:关闭反应腔,抽真空至反应腔的气压为0.1‑1.0Pa;步骤三:通入高纯度氢气,其质量流量为500‑6000sccm,当反应腔气压为500‑3000Pa时,开启微波输入并调节功率为1‑3kW、微波频率为915MHz/2450MHz,起辉产生等离子体;步骤四:继续通入氢气,其质量流量为500‑6000sccm,调节反应腔气压至10‑15kPa,同步调节微波输入功率至5‑75kW,当沉积基底温度达到700‑800℃时开始通入碳烃气体,使金刚石在沉积基底表面形核,形核时间为15‑40分钟;步骤五:调节MPCVD装置的各项工艺参数进行金刚石膜的制备,其中微波输入功率为5‑75kW、反应腔气压为10‑20kPa、沉积基底温度为700‑1000℃。
【技术特征摘要】
1.一种采用微波等离子体化学气相沉积法制备金刚石膜的方法,其特征在于包括以下步骤:步骤一:打开MPCVD装置的反应腔,将基片台置于水冷台上,将表面预处理后的沉积基底置入基片台的中心凹槽中;步骤二:关闭反应腔,抽真空至反应腔的气压为0.1-1.0Pa;步骤三:通入高纯度氢气,其质量流量为500-6000sccm,当反应腔气压为500-3000Pa时,开启微波输入并调节功率为1-3kW、微波频率为915MHz/2450MHz,起辉产生等离子体;步骤四:继续通入氢气,其质量流量为500-6000sccm,调节反应腔气压至10-15kPa,同步调节微波输入功率至5-75kW,当沉积基底温度达到700-800℃时开始通入碳烃气体,使金刚石在沉积基底表面形核,形核时间为15-40分钟;步骤五:调节MPCVD装置的各项工艺参数进行金刚石膜的制备,其中微波输入功率为5-75kW、反应腔气压为10-20kPa、沉积基底温度为700-1000℃。2.根据权利要求1所述的一种采用微波等离子体化学气相沉积法制备金刚石膜的方法,其特征在于在上述工艺参数下,金刚石膜的沉积速度为1-15μm/小时,经过8-250小时的生长,得到厚度为0.1-3.0mm的金刚石膜。3.根据权利要求1所述的一种采用微波等离子体化学气相沉积法制备金刚石膜的方法,其...
【专利技术属性】
技术研发人员:周霖,冯真,李文君,程云,黎明,单李军,杨兴繁,邓德荣,张鹏,和天慧,
申请(专利权)人:中国工程物理研究院应用电子学研究所,
类型:发明
国别省市:四川,51
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