高效大尺寸单晶金刚石的生长方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种高效大尺寸单晶金刚石的生长方法和装置。本发明专利技术所提供的生长方法，包括如下步骤：将金刚石衬底放置于微波谐振腔中的基片台上；将含有碳源和氢气的反应气体通过喷头送入激光解离腔内进行充分电离；在基片台和喷头之间施加电场；然后将电离后的气体通入微波谐振腔中进行微波等离子体化学气相沉积，在衬底上快速生长单晶金刚石。装置包括：气相沉积部，包含：微波谐振腔，基片台，以及与微波谐振腔相连的微波发生器；激光解离部，包含：与微波谐振腔相连通的激光解离腔，将反应气体送入激光解离腔内的喷头，激光器，以及连通激光解离腔和微波谐振腔的连接管；以及电场施加部，与基片台和喷头相连，施加外电场。

Growth method and device of high efficiency large size single crystal diamond

The invention provides a growth method and device for high efficiency and large size single crystal diamond. The method of growth provided by the invention includes the following steps: placing the diamond substrate on the substrate table in the microwave resonator, sending the reaction gas containing the carbon source and hydrogen into the laser dissociation cavity through the spray head to fully ionization, applying an electric field between the substrate and the nozzle, and then passing the ionized gas into the microwave. Microwave plasma chemical vapor deposition (CVD) was applied in the resonant cavity to rapidly grow single crystal diamond on the substrate. The device includes: the vapor deposition section, including the microwave resonator, the substrate table, and the microwave generator connected with the microwave resonator, and the laser dissociation section, including the laser dissociation cavity connected with the microwave cavity, the nozzle, the laser, the connected laser dissociation cavity and the microwave. The connecting tube of the resonant cavity and the electric field application part are connected with the substrate stage and the spray head, and the external electric field is applied.

【技术实现步骤摘要】
高效大尺寸单晶金刚石的生长方法和装置
本专利技术属于金刚石膜制备
，具体涉及一种高效大尺寸单晶金刚石的生长方法和采用该方法来生长单晶金刚石的装置。
技术介绍
金刚石是一种宽禁带半导体材料，带隙宽度为5.5eV。它具有极其优异的物理性质，如高载流子迁移率高热导率(22W·cm-1·K-1)，高击穿电场(10MV·cm-1)、高载流子饱和速率(电子载流子饱和速率为1.5×107～2.7×107cm·s-1，空穴载流子饱和速率为0.85×107～1.2×107cm·s-1)和低介电常数(5.7)等。基于这些优异的性能参数，金刚石被认为是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件最有希望的材料。金刚石的制备方法主要包括高温高压(HTHP)法和化学气相沉积(CVD)法。高温高压法制备的金刚石一般含有一定的杂质，影响金刚石的质量，并且成本昂贵，技术要求苛刻。目前主要制备工具级金刚石，用于工具涂层。CVD法可以得到高质量的金刚石，没有杂质掺入，基本无色透明。CVD法主要包括HFCVD法、微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法、等离子体喷射CVD法、热阴极等离子体CVD法和激光诱导等离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效大尺寸单晶金刚石生长方法，其特征在于，包括如下步骤：将金刚石衬底放置于微波谐振腔中的基片台上；将含有碳源和氢气的反应气体通过喷头送入激光解离腔内进行充分电离；在所述基片台和所述喷头之间施加电场；然后将电离后的气体通入所述微波谐振腔中进行微波等离子体化学气相沉积，在衬底上快速生长单晶金刚石。

【技术特征摘要】
1.一种高效大尺寸单晶金刚石生长方法，其特征在于，包括如下步骤：将金刚石衬底放置于微波谐振腔中的基片台上；将含有碳源和氢气的反应气体通过喷头送入激光解离腔内进行充分电离；在所述基片台和所述喷头之间施加电场；然后将电离后的气体通入所述微波谐振腔中进行微波等离子体化学气相沉积，在衬底上快速生长单晶金刚石。2.根据权利要求1所述的高效大尺寸单晶金刚石生长方法，其特征在于：其中，所述反应气体中的所述碳源为甲烷CH4，甲烷CH4占所述反应气体总量的0.5％～2.5％(V/V)。3.根据权利要求2所述的高效大尺寸单晶金刚石生长方法，其特征在于：其中，所述反应气体为纯度99.999％的H2和纯度99.999％的CH4，反应气体的体积比V(CH4)：V(H2)＝2％，所述衬底的温度控制在900～1000℃。4.根据权利要求1所述的高效大尺寸单晶金刚石生长方法，其特征在于：其中，射入所述激光解离腔内的激光的脉宽为50～100fs。5.根据权利要求1所述的高效大尺寸单晶金刚石生长方法，其特征在于：其中，在所述基片台与所述喷头之间施加的所述电场的强度为300～500V/m。6.一种高效大尺寸单晶金刚石生长装置，其特征在于，包括：气相沉积部，包含：用于金刚石外延生长的微波谐振腔，设置在所述微波谐振腔中、用于放置金刚石外延衬底的基片台，以及与所述微波谐振腔相连的微波发生器；激光解离部，包含：与所述微波谐振腔相连通的激光解离腔，将含有碳源和氢气的反应气体送入激光解离腔内的喷头，向所述激光解离腔发射激光的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜，汪启军，甘志银，曹强，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42