MPCVD法单晶金刚石制造装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了MPCVD法单晶金刚石制造装置及其制造方法，涉及金刚石制造技术领域，包括金刚石生长室、微波发生器、波导管、等离子体释放阀、金刚石衬底和样品台，微波发生器通过波导管连接等离子体释放阀，金刚石衬底固定在样品台上，等离子体释放阀和金刚石衬底均位于金刚石生长室内，等离子体释放阀位于金刚石衬底的正上方，还包括衬底处理室和水冷循环机构，衬底处理室与金刚石生长室之间设置有密封组件，衬底处理室内设置有衬底处理机构，样品台一侧连接有升降组件，水冷循环机构内设置有水循环组件；以及与水循环组件连接的第一循环管和第二循环管，所述水循环组件安装在第一壳体内，样品台、第一循环管和第二循环管均安装在升降组件上。升降组件上。升降组件上。

【技术实现步骤摘要】
MPCVD法单晶金刚石制造装置及其制造方法


[0001]本专利技术涉及金刚石制造
，具体是MPCVD法单晶金刚石制造装置及其制造方法。

技术介绍

[0002]生长ＭＰＣＶＤ单晶金刚石所用气源主要有氢气、甲烷、氮气和氧气，在微波作用下裂解成Ｈ、Ｏ、Ｎ原子或ＣＨ２、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ２、ＯＨ等基团，含碳基团将在金刚石表面形成气固混合界面，在动态平衡模型或非平衡热力学 模型下实现金刚石、非晶碳或石墨的生长。，氢等离子体刻蚀非晶碳或石墨的速度比刻蚀金刚石快得多，因此ＣＶＤ金刚石表面的非金刚石相被快速刻蚀，从而实现金刚石生长，金刚石生长所用的设备组成包括控制单元、微波单元、水冷单元、真空单元等，通过真空单元将腔体抽真空，保证金刚石生长所需低真空状态。
[0003]同质外延金刚石时，衬底的好坏直接影响着外延金刚石的质量，金刚石衬底需要尽可能的平滑、无明显 裂纹，否则金刚石在生长过程中容易形成孪晶、多晶、位错等缺陷，甚至出现开裂现象， 一般新购买或制备的的金刚石衬底表面的粗糙度较大，甚至有明显的研磨痕迹，因此需要使用研磨机对金刚石表面进行精细抛光处理，选定衬底后，需要使用去离子水、酒精、丙酮反复超声波清洗金刚石样品，以洗去金刚石样品表面明显的污渍，然后，分别使用酸、碱，在高温下清洗金刚石样品表面，除去金刚石表面的非金刚石相。
[0004]但是现有的MPCVD法单晶金刚石制造装置及其制造方法，金刚石衬底的处理环节是完全脱离于金刚石的生长设备的，也就是说都是人工按照一定的清理顺序依次将金刚石衬底放入不同的清理设备内，通过这种人工不断取放的方式，或花费大量的时间来完成以上步骤，不仅增加了工作人员的劳动强度，还降低了工作效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供MPCVD法单晶金刚石制造装置及其制造方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：MPCVD法单晶金刚石制造装置，包括金刚石生长室、微波发生器、波导管、等离子体释放阀、金刚石衬底和样品台，所述微波发生器通过波导管连接等离子体释放阀，所述金刚石衬底固定在样品台上，所述等离子体释放阀和金刚石衬底均位于金刚石生长室内，所述等离子体释放阀位于金刚石衬底的正上方，还包括衬底处理室和水冷循环机构，所述衬底处理室与金刚石生长室之间设置有通道，所述通道内设置有密封组件，所述衬底处理室内设置有衬底处理机构，所述样品台上远离金刚石衬底的一侧连接有升降组件，所述水冷循环机构内设置有水循环组件；以及与水循环组件连接的第一循环管和第二循环管，所述样品台包括导热盖板和第一壳体，所述水循环组件安装在第一壳体内，所述金刚石衬底安装在导热盖板表面，所述导热盖板上远离金刚石衬底的一面与水循环组件表面贴合，所述第一壳体、第一循环管和第二循环管均安装在
升降组件上。
[0007]作为本申请进一步的方案：所述衬底处理机构包括骨架、打磨部、清洗部、第三驱动部和供液设备，所述打磨部和清洗部均与第三驱动部啮合连接，且清洗部还与清洗部连接，所述骨架包括伸缩件、第一安装架、第二驱动部、第一转动管、第一传动齿轮和第二安装架，所述伸缩件的一端安装在衬底处理室内壁，所述第一安装架安装在伸缩件的另一端，所述供液设备安装在第一安装架上，所述第一安装架通过第一转动管连接第二安装架，所述第一转动管与第一安装架转动连接，所述第一转动管上安装有第一传动齿轮，所述第一安装架上安装的第二驱动部与第一传动齿轮啮合连接，所述打磨部、清洗部和第三驱动部均安装在第二安装架上。
[0008]作为本申请再进一步的方案：所述打磨部包括磨盘、转动轴和第二传动齿轮，所述磨盘通过转动轴转动连接在第二安装架上，所述转动轴上安装有与第三驱动部啮合连接的第二传动齿轮，所述清洗部包括第二壳体、第二转动管、第三传动齿轮、喷液孔和海绵条，所述第二壳体通过第二转动管转动连接在第二安装架上，所述第二转动管上安装有与第三驱动部啮合连接的第三传动齿轮，所述第二转动管的端部还插合连接有导液管，所述导液管套设于第一转动管内，且导液管的另一端与供液设备连接，所述第二壳体表面设置有若干个喷液孔和海绵条。
[0009]作为本申请再进一步的方案：所述水冷循环机构还包括位于衬底处理室内的循环驱动设备，所述循环驱动设备设置有出液管和进液管，所述第一循环管的一端和第二循环管的一端分别均通过伸缩管连接出液管和进液管，所述水循环组件包括柱形壳体和环形连通管，所述柱形壳体和环形连通管的数量均为若干个，若干个柱形壳体和环形连通管组成一个圆形整体，所述柱形壳体和环形连通管相互连通，圆形整体的两端分别设置有与柱形壳体或环形连通管连通的介质冷端进口和介质热端出口，所述第一循环管和第二循环管的另一端分别与介质冷端进口和介质热端出口连接。
[0010]作为本申请再进一步的方案：所述衬底处理室内还设置有隔板和固定式齿条板，所述隔板上安装有导向管，所述升降组件包括升降管、基座和第四驱动部，所述升降管的一端与第一壳体连接，所述基座安装在升降管的另一端，所述升降管活动套设在导向管内，所述基座上安装有第四驱动部，所述第四驱动部与固定式齿条板啮合连接。
[0011]作为本申请再进一步的方案：所述密封组件包括伸缩式齿条板和第一驱动部，所述伸缩式齿条板滑动连接在金刚石生长室侧壁开设的滑槽内，所述第一驱动部安装于衬底处理室内壁，所述伸缩式齿条板与第一驱动部啮合连接，所述伸缩式齿条板的数量为两个，两个伸缩式齿条板对称分布在升降管的两侧，且两个伸缩式齿条板上靠近升降管的一端均开设有与升降管配合的凹槽。
[0012]作为本申请再进一步的方案：所述隔板上还安装有排污管，所述排污管上连接有集污箱，所述集污箱位于衬底处理室内。
[0013]用于MPCVD法单晶金刚石制造装置的制造方法，包括以下步骤：步骤1、启动密封组件内的第一驱动部，能够带动两个伸缩式齿条板朝着相反的方向运动，从而将衬底处理室与金刚石生长室之间的通道打开；步骤2、启动升降组件中的第四驱动部，能够带动金刚石衬底和样品台穿过通道进入衬底处理室内；
步骤3、启动衬底处理机构中的伸缩件，能够带动打磨部和清洗部水平移动至金刚石衬底的正上方，启动第三驱动部同时带动打磨部和清洗部旋转，旋转的打磨部用于将金刚石衬底表面打磨光滑，启动第二驱动部带动打磨部和清洗部同时旋转180度，用于切换打磨部和清洗部的位置，启动供液设备，能够将清理液输送给清洗部，旋转的清洗部一边将清洗液喷洒在金刚石衬底表面，一边洗刷掉清洗后的杂质和污水，在此过程中通过升降组件不断调整金刚石衬底与衬底处理机构之间的纵向距离，金刚石衬底处理完成后，通过伸缩件带动打磨部和清洗部复位；步骤4、再次启动升降组件中的第四驱动部，将处理好的金刚石衬底和样品台重新移动至金刚石生长室内，再次启动密封组件内的第一驱动部，将衬底处理室与金刚石生长室之间的通道闭合；步骤5、启动微波发生器，微波发生器产生的微波通过波导管和等离子体释放阀将等离子体释放至金刚石衬底表面，利用MPCVD单晶金刚石的生长原理，最终能够在金刚石衬底表面实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.MPCVD法单晶金刚石制造装置，包括金刚石生长室(1)、微波发生器(2)、波导管(21)、等离子体释放阀(22)、金刚石衬底(3)和样品台(4)，所述微波发生器(2)通过波导管(21)连接等离子体释放阀(22)，所述金刚石衬底(3)固定在样品台(4)上，所述等离子体释放阀(22)和金刚石衬底(3)均位于金刚石生长室(1)内，所述等离子体释放阀(22)位于金刚石衬底(3)的正上方，其特征在于，还包括衬底处理室(6)和水冷循环机构(9)，所述衬底处理室(6)与金刚石生长室(1)之间设置有通道，所述通道内设置有密封组件(5)，所述衬底处理室(6)内设置有衬底处理机构(7)，所述样品台(4)上远离金刚石衬底(3)的一侧连接有升降组件(8)，所述水冷循环机构(9)内设置有水循环组件(93)；以及与水循环组件(93)连接的第一循环管(92)和第二循环管(94)，所述样品台(4)包括导热盖板(41)和第一壳体(42)，所述水循环组件(93)安装在第一壳体(42)内，所述金刚石衬底(3)安装在导热盖板(41)表面，所述导热盖板(41)上远离金刚石衬底(3)的一面与水循环组件(93)表面贴合，所述第一壳体(42)、第一循环管(92)和第二循环管(94)均安装在升降组件(8)上。2.根据权利要求1所述的MPCVD法单晶金刚石制造装置，其特征在于，所述衬底处理机构(7)包括骨架(71)、打磨部(72)、清洗部(73)、第三驱动部(74)和供液设备(75)，所述打磨部(72)和清洗部(73)均与第三驱动部(74)啮合连接，且清洗部(73)还与清洗部(73)连接，所述骨架(71)包括伸缩件(711)、第一安装架(712)、第二驱动部(713)、第一转动管(714)、第一传动齿轮(715)和第二安装架(716)，所述伸缩件(711)的一端安装在衬底处理室(6)内壁，所述第一安装架(712)安装在伸缩件(711)的另一端，所述供液设备(75)安装在第一安装架(712)上，所述第一安装架(712)通过第一转动管(714)连接第二安装架(716)，所述第一转动管(714)与第一安装架(712)转动连接，所述第一转动管(714)上安装有第一传动齿轮(715)，所述第一安装架(712)上安装的第二驱动部(713)与第一传动齿轮(715)啮合连接，所述打磨部(72)、清洗部(73)和第三驱动部(74)均安装在第二安装架(716)上。3.根据权利要求2所述的MPCVD法单晶金刚石制造装置，其特征在于，所述打磨部(72)包括磨盘(721)、转动轴(722)和第二传动齿轮(723)，所述磨盘(721)通过转动轴(722)转动连接在第二安装架(716)上，所述转动轴(722)上安装有与第三驱动部(74)啮合连接的第二传动齿轮(723)，所述清洗部(73)包括第二壳体(731)、第二转动管(732)、第三传动齿轮(733)、喷液孔(734)和海绵条(735)，所述第二壳体(731)通过第二转动管(732)转动连接在第二安装架(716)上，所述第二转动管(732)上安装有与第三驱动部(74)啮合连接的第三传动齿轮(733)，所述第二转动管(732)的端部还插合连接有导液管(751)，所述导液管(751)套设于第一转动管(714)内，且导液管(751)的另一端与供液设备(75)连接，所述第二壳体(731)表面设置有若干个喷液孔(734)和海绵条(735)。4.根据权利要求3所述的MPCVD法单晶金刚石制造装置，其特征在于，所述水冷循环机构(9)还包括位于衬底处理室(6)内的循环驱动设备(91)，所述循环驱动设备(91)设置有出液管和进液管，所述第一循环管(92)的一端和第二循环管(94)的一端分别均通过伸缩管连接出液管和进液管，所述水循环组件(93)包括柱形壳体(931)和环形连通管(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李森淼，李凯，
申请(专利权)人：徐州景澜新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：