一种拼接生长单晶金刚石的方法及系统技术方案

本发明专利技术属于金刚石制备技术领域，公开了一种拼接生长单晶金刚石的方法及系统，将籽晶放置入等离子体CVD设备腔体中，然后抽本底真空，然后通入氢气，输入能量，产生放电，调整籽晶温度；通入甲烷(或丙酮、二氧化碳等含碳气体)气体进行生长，籽晶温度在800℃～1000℃，进行生长1小时～100小时等等。本发明专利技术采用CVD法拼接生长单晶金刚石，达到大面积生长单晶金刚石的目的，现有单晶金刚石的生长只能在原有的籽晶上进行纵向扩大，这样籽晶的尺寸直接决定了合成的尺寸，本分明采用两个尺寸相同，厚度接近的单晶金刚石片进行固定拼接，然后同时生长，获得大尺寸单晶金刚石，解决了瓶颈问题。

【技术实现步骤摘要】
一种拼接生长单晶金刚石的方法及系统
本专利技术属于金刚石制备
，尤其涉及一种拼接生长单晶金刚石的方法及系统。
技术介绍
目前单晶金刚石合成受到尺寸限制，通常是采用单个天然金刚石或者人工合成的单晶金刚石薄片作为籽晶，在其原始尺寸上进行生长，由于大尺寸单晶金刚石稀有且价格昂贵，从而合成出的金刚石受到籽晶尺寸的限制，由于籽晶边缘缺陷较多且不易控制容易生长出多晶金刚石，使得获得产品的尺寸不会大于原始籽晶的尺寸，因此无法获得大尺寸的单晶金刚石。综上所述，现有技术存在的问题是：现有工艺只是单个籽晶表面横向生长，但该方法难度较大(需要精确控制生长参数，波动区域很小)，成本高(需要采用高配置的沉积设备实现)，且实际效果并不明显(扩大尺寸不超过1mm，且籽晶四角由于取向限制无法生长)。具体问题如下：第一；由于籽晶边缘会产生“边缘效应”引起边缘放电，从而在籽晶边缘处引发活性基团的聚集，在此原子氢无法充分刻蚀的环境下诱发非金刚石杂质和多晶结构的产生，导致多晶金刚石的扩张，最终进一步缩小单晶金刚石尺寸；第二，由于横向生长速率较慢，通常为纵向生长速率的一半，因而横向面积会随着纵向面积增加而增加，生长出的产品并非完整的块体材料，而是下窄上宽的梯形产品，经过切割和抛光后无法获得大面积产品；第三，由于晶体取向的限制，单晶金刚石生长会沿着100方向，而籽晶四角的方向均为111取向，生长过程中只会沿100方向长大，而111的四角方向均不生长单晶而是杂质缺陷，不是整体生长。综上所述，现有技术无法解决生长大尺寸单晶金刚石的根本问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种拼接生长单晶金刚石的方法及系统。本专利技术的作用就是为获得大尺寸单晶金刚石产品提供了思路，并获得了一定的技术突破。本专利技术是这样实现的，一种拼接生长单晶金刚石的方法，所述拼接生长单晶金刚石的方法采用两个尺寸、厚度相同的单晶金刚石片进行固定，然后同时生长，获得大尺寸单晶金刚石。进一步，所述拼接生长单晶金刚石的方法具体包括：选取籽晶，选择2片～4片长宽、厚度一致，颜色、晶体取向相同的单晶金刚石片作为籽晶，采用真空钎焊将单晶金刚石片钎焊到表面光滑的钼片上，籽晶之间紧密连接；籽晶清洁处理，采用丙酮、酒精液体清洗籽晶表面的有机物杂质；然后60℃烘干；将籽晶放置入等离子体CVD设备腔体中，然后抽本底真空至1*10-4Pa，然后通入1sccm～1000sccm氢气，输入能量，产生放电，调整籽晶温度至600℃～800℃，处理1min～120min；通入甲烷(或丙酮、二氧化碳等含碳气体)气体进行生长，籽晶温度在800℃～1000℃，进行生长1小时～100小时；生长结束后取出金刚石片，采用激光切割进行处理，切除金刚石四周多晶，然后进行纵向分切，让外延出的大尺寸单晶片与籽晶分离，之后进行双面抛光，获得双倍尺寸的单晶金刚石外延片。进一步，选取的籽晶为100，取向偏差0度～10度；相邻籽晶之间间距在0微米～100微米。本专利技术的另一目的在于提供一种拼接生长单晶金刚石的系统。本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术采用CVD法拼接生长单晶金刚石，达到大面积生长单晶金刚石的目的，现有单晶金刚石的生长只能在原有的籽晶上进行纵向扩大，这样籽晶的尺寸直接决定了合成的尺寸，本专利技术采用两个尺寸相同，厚度接近的单晶金刚石片进行固定，然后同时生长，获得大尺寸单晶金刚石，解决了瓶颈问题。本专利技术成本降低，采用普通CVD沉积设备及正常单晶金刚石籽晶片生长即可实现，无其他投入；本专利技术尺寸上有大的突破，可以实现成倍的扩大，通过拼接的方法，可以通过重复拼接生长，可获得无限大的产品，大大降低成本，对比原始方法，设备成本降低50％，速率提高一倍，并从根本上突破了尺寸瓶颈，为下一步获得4英寸金刚石半导体晶片提供了方法；本专利技术生长质量较高，采用拼接的方式可获得大尺寸高质量单晶金刚石片，无缺陷，通过重复拼接的方法，逐渐去除边缘缺陷杂质可获得高质量的大尺寸单晶金刚石产品，现有技术生长获得的单晶金刚石边缘区域金刚石拉曼峰会有0.1-0.15波数的偏移，这是由于新外延出的单晶金刚石并无籽晶支撑，导致了内应力的产生，而本专利技术是利用原始籽晶作为支撑获得的新产品，无内应力的产生，因此获得高品质的单晶金刚石；本专利技术易处理，生长完成的大尺寸单晶金刚石采用激光切割即可取出籽晶，然后进行抛光打磨获得独立的大尺寸单晶金刚石片。附图说明图1是本专利技术实施例提供的拼接生长单晶金刚石的方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的拼接生长模型图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。现有工艺只是单个籽晶表面横向生长，但该方法难度较大(需要精确控制生长参数，波动区域很小)，成本高(需要采用高配置的沉积设备实现)，且效果并不明显(扩大尺寸不超过1mm，且籽晶四角由于取向限制无法生长)，无法解决生长大尺寸单晶金刚石的根本问题。下面结合附图及具体实施例对本专利技术的应用原理作进一步描述。如图1所示，本专利技术实施例提供的拼接生长单晶金刚石的方法，包括：S101:选取籽晶，选择2-4片长宽接近(正负100微米以内)，厚度一致(正负50微米以内)，颜色、晶体取向(取向0-10度以内)相同的单晶金刚石片作为籽晶，采用真空钎焊将单晶金刚石片钎焊到表面光滑的钼片上，籽晶之间紧密连接，间距控制在0-100微米，钼片尺寸与金刚石片一致，厚度为0.5-2mm；S102:籽晶清洁处理，采用丙酮、酒精等易挥发液体清洗籽晶表面的有机物等杂质；然后烘干；S103:将籽晶放置入等离子体CVD设备(热丝CVD、微波CVD、直流CVD等)腔体中，然后抽本底真空至1*10-4Pa以内，然后通入1-1000sccm氢气，输入能量(包括热丝、微波、直流等)，产生放电，调整籽晶温度至600-800℃，处理1-120min；S104:通入甲烷、丙酮、二氧化碳、等含碳气体进行生长，籽晶温度控制在800-1000℃，进行生长10-100小时；S105:生长结束后取出金刚石片，采用激光切割进行处理，切除金刚石四周多晶，然后进行纵向分切，让外延出的大尺寸单晶片与籽晶分离，之后进行双面抛光，获得双倍尺寸的单晶金刚石外延片。如图2所示，本专利技术实施例提供的拼接生长模型图，模型即为采用小尺寸单晶金刚石作为籽晶，拼接到一起后放入CVD沉积设备中，调整生长参数进行生长，长至一定厚度后进行切割、抛光处理后获得大尺寸单晶金刚石片。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种拼接生长单晶金刚石的方法，其特征在于，所述拼接生长单晶金刚石的方法采用两个尺寸、厚度相同的单晶金刚石片进行固定，然后同时生长，获得大尺寸单晶金刚石。

【技术特征摘要】
1.一种拼接生长单晶金刚石的方法，其特征在于，所述拼接生长单晶金刚石的方法采用两个尺寸、厚度相同的单晶金刚石片进行固定，然后同时生长，获得大尺寸单晶金刚石。2.如权利要求1所述的拼接生长单晶金刚石的方法，其特征在于，所述拼接生长单晶金刚石的方法具体包括：选取籽晶，选择2片～4片长宽、厚度一致，颜色、晶体取向相同的单晶金刚石片作为籽晶，采用真空钎焊将单晶金刚石片钎焊到表面光滑的钼片上，籽晶之间紧密连接；籽晶清洁处理，采用丙酮、酒精液体清洗籽晶表面的有机物杂质；然后60℃烘干；将籽晶放置入等离子体CVD设备腔体中，然后抽本底真空至1*10-4Pa，然后通入1sccm～1000scc...

【专利技术属性】
技术研发人员：武迪，朱瑞，陈贞君，郑大平，徐元成，杨明，
申请(专利权)人：湖北碳六科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42