单晶金刚石合成装置和方法制造方法及图纸

本申请公开了一种单晶金刚石合成装置，包括微波源、等离子体耦合装置和谐振装置，所述谐振装置包括一谐振腔，所述谐振腔内具有一金刚石生长面，等离子体耦合装置能够将来自所述微波源的微波在金刚石生长面的下方激发形成等离子体。本申请还公开了一种单晶金刚石合成方法。本发明专利技术通过在基片下表面沉积金刚石薄膜，可以有效的解决金刚石生产过程中的杂质污染。

Single crystal diamond synthesis device and method

The present application discloses a single crystal diamond synthesis device, including a microwave source, a plasma coupling device and a harmonic oscillator, which includes a resonator with a diamond growth surface, and the plasma coupling device can stimulate the microwave from the microwave source under the diamond growth surface. A plasma is formed. A single crystal diamond synthesis method is also disclosed. The invention can effectively solve the impurity pollution in the diamond production process by depositing diamond film on the lower surface of the substrate.

【技术实现步骤摘要】
单晶金刚石合成装置和方法
本申请涉及化学气相沉积设备，特别是涉及一种单晶金刚石合成装置和方法。
技术介绍
微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)将微波发生器产生的微波用波导管传输至反应器，并向反应器中通入CH4与H2的混合气体，高强度的微波能激发分解基片上方的含碳气体形成活性含碳基团和原子态氢，并形成等离子体，从而在基片上沉积得到金刚石薄膜。中国专利第201720707933.3号公开了一种微波等离子体化学气相沉积法生长单晶金刚石用的沉积台，其等离子发生在上部，工作台在下部。由于受重力及其腔体内流场的影响，生长过程产生的多晶及其C的杂质会污染单晶，从而导致生产出的金刚石中有杂质。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种单晶金刚石合成装置和方法，以克服现有技术中的不足。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本申请实施例公开一种单晶金刚石合成装置，包括微波源、等离子体耦合装置和谐振装置，所述谐振装置包括一谐振腔，所述谐振腔内上设置有基座，该基座的下表面用以支撑基片，等离子体耦合装置位于所述基座的下方，并且能够将来自所述微波源的微波在基座下方耦合形成等离子体。优选的，在上述的单晶金刚石合成装置中，所述等离子体耦合装置采用天线耦合式。优选的，在上述的单晶金刚石合成装置中，所述等离子体耦合装置包括波导管、模式转换天线、耦合转换腔和介质窗口，所述波导管连接于所述微波源和耦合转换腔之间；所述模式转换天线的顶端延伸至所述耦合转换腔内；所述耦合转换腔设置于所述谐振腔的下方，所述介质窗口位于所述谐振腔和耦合转换腔之间。优选的，在上述的单晶金刚石合成装置中，所述波导管包括第一波导管和第二波导管，所述第一波导管为矩形波导管；所述耦合转换腔为圆形波导管，所述第二波导管连接于所述第一波导管和耦合转换腔的底端之间，所述第二波导管与第一波导管垂直设置；所述模式转换天线的底端延伸于所述第二波导管内。优选的，在上述的单晶金刚石合成装置中，所述第一波导管和微波源之间设置有调配器，该调配器用以调节第一波导管中所传输的微波的波形。优选的，在上述的单晶金刚石合成装置中，所述耦合转换腔的侧壁设置有水冷装置。优选的，在上述的单晶金刚石合成装置中，所述谐振装置包括上壳体和下壳体，所述上壳体可接近或远离所述下壳体，以密封或打开所述谐振腔。优选的，在上述的单晶金刚石合成装置中，所述上壳体和下壳体之间设置有导向杆，所述上壳体沿所述导向杆上下滑动。优选的，在上述的单晶金刚石合成装置中，还包括水冷轴，该水冷轴的底端穿过所述上壳体并连接于所述基座，水冷轴通过水冷方式对基座的温度进行控制。优选的，在上述的单晶金刚石合成装置中，所述水冷轴凸伸于所述上壳体外部的部分套设有伸缩波纹管，该伸缩波纹管与水冷轴、上壳体之间形成一封闭腔体。优选的，在上述的单晶金刚石合成装置中，所述谐振腔上对应基片的位置设置有至少一视窗。优选的，在上述的单晶金刚石合成装置中，所述谐振腔上对应基片的位置设置有双色传感器。优选的，在上述的单晶金刚石合成装置中，所述谐振腔的侧壁设置有循环水冷却装置。相应的，本申请还公开了一种单晶金刚石合成方法，在基片的下方形成等离子体，并于基片的下表面沉积单晶金刚石。优选的，在上述的单晶金刚石合成方法中，所述基片为籽晶。优选的，在上述的单晶金刚石合成方法中，采用天线耦合方式形成所述等离子体。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术通过在基片下表面沉积金刚石薄膜，可以有效的解决金刚石生产过程中的杂质污染。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1所示为本专利技术具体实施例中单晶金刚石合成装置的结构示意图；图2所示为本专利技术具体实施例中基座与基片的安装结构示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。结合图1所示，本实施例提供一种单晶金刚石合成装置，包括微波源10、等离子体耦合装置20和谐振装置30。微波源10用于产生微波，其可以为本领域常规的微波发生器等设备，所产生的微波的功率可以为6-75kW、频率可以为915MHz-2.45GHz。本实施例中，微波源10产生的微波的功率为6-10kW、频率为2.45GHz。结合图2所示，谐振装置30包括一谐振腔31，谐振腔31内上设置有基座32，该基座32的下表面用以支撑基片33。等离子体耦合装置20位于基座32的下方，并且能够将来自微波源10的微波在基座32下方激发形成等离子体。基片33用以提供一沉积金刚石薄膜的镀膜面，其材料优选为金刚石籽晶，在其他实施例中，也可以采用氧化铝基片等。谐振腔31的壳体可以由金属材料或石英材料制成。优选地，谐振腔由金属材料(例如铝或铜)制成，从而有利于对谐振腔进行水冷处理。谐振腔31的形状可以为多种形状，例如圆柱形。该技术方案中，通过在基片下表面沉积金刚石薄膜，可以有效的解决金刚石生产过程中的杂质污染。在一优选的实施例中，等离子体耦合装置20采用天线耦合式。具体地，等离子体耦合装置20包括波导管、模式转换天线21、耦合转换腔22和介质窗口23。其中，波导管连接于微波源10和耦合转换腔22之间；模式转换天线21的顶端延伸至耦合转换腔22内；耦合转换腔22设置于谐振腔31的下方，介质窗口23位于谐振腔31和耦合转换腔22之间。基片33用于沉积薄膜，例如金刚石薄膜，其固定在基座32下方，基片33应当对应设置在介质窗口23的正上方，并且镀膜面朝下放置。谐振腔31底部的介质窗口23为由透光材料(例如石英或蓝宝石)形成的窗口，其能够使微波透过从而进入谐振腔31，并且其还能保证谐振腔31的密封性能。在工作状态下，耦合转换腔22的工作压力为高真空(0.13～1.3×10-5Pa)，谐振腔31的工作压力为超高真空(工作压力1.3×10-5Pa～1.3×10-10Pa)。进一步地，波导管包括第一波导管24和第二波导管25。第一波导管24为矩形波导管；耦合转换腔22为圆形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单晶金刚石合成装置，其特征在于，包括微波源、等离子体耦合装置和谐振装置，所述谐振装置包括一谐振腔，所述谐振腔内具有一金刚石生长面，等离子体耦合装置能够将来自所述微波源的微波在金刚石生长面的下方激发形成等离子体。

【技术特征摘要】
1.一种单晶金刚石合成装置，其特征在于，包括微波源、等离子体耦合装置和谐振装置，所述谐振装置包括一谐振腔，所述谐振腔内具有一金刚石生长面，等离子体耦合装置能够将来自所述微波源的微波在金刚石生长面的下方激发形成等离子体。2.根据权利要求1所述的单晶金刚石合成装置，其特征在于，所述等离子体耦合装置采用天线耦合式。3.根据权利要求2所述的单晶金刚石合成装置，其特征在于，所述等离子体耦合装置包括波导管、模式转换天线、耦合转换腔和介质窗口，所述波导管连接于所述微波源和耦合转换腔之间；所述模式转换天线的顶端延伸至所述耦合转换腔内；所述耦合转换腔设置于所述谐振腔的下方，所述介质窗口位于所述谐振腔和耦合转换腔之间。4.根据权利要求3所述的单晶金刚石合成装置，其特征在于，所述波导管包括第一波导管和第二波导管，所述第一波导管为矩形波导管；所述耦合转换腔为圆形波导管，所述第二波导管连接于所述第一波导管和耦合转换腔的底端之间，所述第二波导管与第一波导管垂直设置；所述模式转换天线的底端延伸于所述第二波导管内。5.根据权利要求4所述的单晶金刚石合成装置，其特征在于，所述第一波导管和微波源之间设置有调配器，该调配器用以调节第一波导管中所传输的微波的波形。6.根据权利要求3所述的单晶金刚石合成装置，其特征在于，所述耦合转换腔的侧壁设置有水冷装置。7.根据权利要求1所述的单晶金刚石合成装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：马懿，马修·L·斯卡林，朱金华，吴建新，缪勇，卢荻，艾永干，克里斯托弗·E·格里芬，
申请(专利权)人：苏州贝莱克晶钻科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32