一种热丝化学气相沉积金刚石的设备制造技术

一种热丝化学气相沉积金刚石的设备，由反应气体入口，热丝加热器，样品座等部分构成，其特征在于：反应气体入口下方安装有气体分配器，气体分配器上部为塔式结构，内装１－１０层多孔节流隔板，分配器的下端为筒式结构，正对下方的热丝加热器；热丝加热器为等距平行加热丝平面阵列，水平放置；加热器正下方与其垂直正交设置有等距平行的支撑丝平面阵列；正对加热器下方为带出气孔的样品座；样品座周围设有１－１０圈辅助加热丝。本实用新型专利技术可以实现大面积地生长优质金刚石。（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及气相沉积设备，特别提供了一种用热丝化学气相沉积法制备金刚石的设备。气相生长金刚石是将碳源物质按照一定的比例与氢混合，用电阻丝加热，微波等离子体、直流电弧等离子体、射频放电等离子体、直流电弧等离子体射流或燃烧火焰加热该气体混合物，使碳源物质分解，并以原子，离子或粒子集团的形式，沉积在基方上，生成具有立方结构的SP3键，及与天然金刚石及高温高压人造金刚石完全相同结构和性能的气相生长金刚石。目前，气相生长金刚石现有各种制备工艺中的一大共同性难题是，基片表面的温度场和流场不均，造成了局域不均匀的化学反应条件，局域温度过高会导致生成石墨，过低则会生成非晶碳；局域浓度过高会生成石墨，过低则使金刚石难以生长，总之局域不均匀的温度、浓度及其它反应条件会使反应产物中形成许多非晶、非金刚石及其它夹杂物，严重影响气相生长金刚石产品质量。在现有各种金刚石气相生长工艺中，热丝化学气相沉积法具有设备简单，工艺参数容易控制等优点。但也存在上述不均匀性问题。本技术的目的在于提供一种热丝化学气相沉积金刚石设备，可以大面积地生长优质金刚石。本技术提供了一种热丝化学气相沉积金刚石的设备，由反应气体入口2，热丝加热器4，样品座7等部分构成，其特征在于反应气体入口2下方安装有气体分配器1，气体分配器1上部为塔式结构，内装1-10层多孔节流隔板3，分配器1的下端为筒式结构正对下方的热丝加热器4；热丝加热器4为等距平行加热丝平面阵列，水平放置；加热器4正下方与其垂直正交设置有等距平行的支撑丝8平面阵列；正对加热器4下方为带出气孔的样品座7；样品座7周围设有1-10圈辅助加热丝6。本技术由于采用精细控制技术，消除微区域内的温度场和流场参数的波动，以保证得到在大面积上均匀化的辐射场和温度场，为化学气相沉积提供均匀反应条件，实现大面积热丝化学气相反应生长优质金刚石，以下结合附图通过实施例详述本技术附附图说明图1热丝化学气相沉积金刚石设备上部结构示意图。附图2热丝化学气相沉积金刚石设备下部结构示意图。实施例1.用加热丝平面阵列电阻加热器获取大面积均匀温度场。这种加热器4用等距平行加热丝平面阵列制成，水平放置(图2)。电阻加热丝材料采用钨、钽或其它耐高温电阻发热体材料，其直径为0.4-2mm，相邻加热丝之间的距离为5-10mm。加热丝的工作温度通常保持在2000-2600℃范围。在加热器正下方，设置有等距平行的支撑丝8平面阵列，它也水平放置，并从下方支撑加热器4，分担其部分重量，以防止加热丝在高温运行中变形。支撑丝8也用钨、钽或其它耐高温电阻发热体材料制成，其直径应不小于1mm。支撑丝8的排列方向应当垂直加热丝，相邻支撑丝8之间的距离为20～50mm。2.用辅助加热丝6扩大均温区。在加热器4正下方5-10mm距离处的平面内，在对应于加热器4四个边沿外10mm处，分别设置辅助加热丝(图2)，可以扩大均温区(指温度起伏在5％以内的区域)，提高均温区面积在温度场总面积(通常指加热器正下方与加热器相等的面积)中所占的比例。四根辅助加热丝6构成一圈。根据温度场调节的需要，可以只加一圈，也可多加几圈。辅助加热丝6通常采用与加热器4丝材相同材质和规格的丝材做成。辅助加热丝6的温度一般等于或稍低于加热器4的加热丝温度。3.用气体分配器1获取均匀的气流(图1)气体分配器1采用了逐渐增大截面的通道，其中设置多孔节流隔板3，其功能在于造成分级压差，以利在通道整个横截面内和加热器4整个平面上形成均匀化的气流。隔板3的数量，根据进出口面积之比率确定。比率越大，隔板3数越多，通常为4到8块。隔板3上钻有均匀分布的直径为1mm的孔。这些孔的个数决定了隔板3提供的节流通道面积。在从气体分配器1上气体进口2处，到加热器4前出口处的流动过程中，隔板3的节流通道面积逐步均匀增大，以保证气体分配器1中气流通道截面的均匀增长(图1)。4.加热器4与沉积基片的几何关系。沉积基片位于加热器正下方5-15mm处的水平平面支座7上，通常尽可能集中在温度场中心附近。下面为用本设备生长金刚石时的两个具体例子(1)由21根直径0.4mm钨丝，按5mm丝间距构成的电阻加热器，外加4根直径0.4mm的辅助加热丝，可提供100mm×100mm的均匀加热面积，支撑丝直径1mm，相互间距离20mm。混合好的反应气体进入气体分配器，经4层隔板及加热器流向基片，基片至加热器间距为10mm。当反应气体流量为1.5-2.0SLM，加热丝温度为2000-2200℃时，可以在100mm×100mm的面积上，实现优质均匀沉积，并达到6μm/M的金刚石生长速率。(2)由31根直径1mm钨丝，按10mm丝间距构成的电阻加热器，外加8根直径1mm的辅助加热丝，可提供300mm×300mm的均匀加热面积，支撑丝直径2mm，相互间距离50mm。通过气体分配器经8层多孔节流隔板及加热器流向基片。基片至加热器间距为10-15mm。当反应气体流量为15-18SLM，加热丝温度为2000-2200℃时，可以在300mm×300mm的面积上，实现优质均匀沉积，并达到5μm/M的金刚石生长速率。权利要求1.一种热丝化学气相沉积金刚石的设备，由反应气体入口(2)，热丝加热器(4)，样品座(7)等部分构成，其特征在于反应气体入口(2)下方安装有气体分配器(1)，气体分配器(1)上部为塔式结构，内装1-10层多孔节流隔板(3)，分配器(1)的下端为筒式结构，正对下方的热丝加热器(4)；热丝加执器(4)为等距平行加热丝平面阵列，水平放置；加热器(4)正下方与其垂直正交设置有等距平行的支撑丝(8)平面阵列；正对加热器(4)下方为带出气孔的样品座(7)；样品座(7)周围设有1-10圈辅助加热丝(6)。2.按权利要求1所述热丝化学气相沉积金刚石的设备，其特征在于热丝加热器(4)的热丝用钨、钽或其它耐高温电阻发热材料制成，直径为0.4-2mm，相邻加热丝之间的距离为5-10mm。3.按权利要求1所述热丝化学气相沉积金刚石的设备，其特征在于支撑丝(8)也用钨，钽或其它耐高温电阻发热材料制备，其直径1-10mm，间距为20-50mm。4.按权利要求1所述热丝化学气相沉积金刚石的设备，其特征在于节流隔板(3)通常为4到8块。专利摘要一种热丝化学气相沉积金刚石的设备,由反应气体入口,热丝加热器,样品座等部分构成,其特征在于:反应气体入口下方安装有气体分配器,气体分配器上部为塔式结构,内装1—10层多孔节流隔板,分配器的下端为筒式结构,正对下方的热丝加热器;热丝加热器为等距平行加热丝平面阵列,水平放置;加热器正下方与其垂直正交设置有等距平行的支撑丝平面阵列;正对加热器下方为带出气孔的样品座;样品座周围设有1—10圈辅助加热丝。本技术可以实现大面积地生长优质金刚石。文档编号C23C16/46GK2283067SQ9622552公开日1998年6月3日 申请日期1996年3月7日 优先权日1996年3月7日专利技术者闻立时, 黄荣芳, 陈岩, 刘德义, 程新红 申请人:中国科学院金属研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热丝化学气相沉积金刚石的设备，由反应气体入口（２），热丝加热器（４），样品座（７）等部分构成，其特征在于：反应气体入口（２）下方安装有气体分配器（１），气体分配器（１）上部为塔式结构，内装１－１０层多孔节流隔板（３），分配器（１）的下端为筒式结构，正对下方的热丝加热器（４）；热丝加执器（４）为等距平行加热丝平面阵列，水平放置；加热器（４）正下方与其垂直正交设置有等距平行的支撑丝（８）平面阵列；正对加热器（４）下方为带出气孔的样品座（７）；样品座（７）周围设 有１－１０圈辅助加热丝（６）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：闻立时，黄荣芳，陈岩，刘德义，程新红，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：实用新型
国别省市：89[中国|沈阳]