【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及制备金刚石的领域，具体涉及一种新型偏压耦合微波等离子体共同制备金刚石的技术。
技术介绍
1、化学气相沉积工艺（cvd）在多个领域应用中发挥着重要作用，包括大块晶体的生长、外延薄膜和涂层的制备，以及丝状和片状晶体的制备等。其中，微波等离子体化学气相沉积（mpcvd）法以其高反应性、加热迅速、无污染、可控性好和沉积参数稳定等特点，成为国内外最常用的晶体材料气相外延生长方法，尤其在金刚石生长领域取得了显著成就。但是微波等离子体化学气相沉积技术也具有沉积速率低，无法大批量生产等缺点。
2、近年来，偏压增强微波等离子体化学气相沉积工艺（be-mpcvd）通过引入负偏压显著提高了金刚石的沉积品质和生长速率，在实际应用中表现出了巨大的潜力。偏压已被证实可以提高mpcvd技术生长金刚石的速度，并且能在一定程度上提高制备金刚石薄膜的质量和机械性能。对于不同生长条件下沉积的金刚石，偏压强度需要进行合理的调节，根据微波功率、腔体压力甚至进气流量等工作参数来设置合适的偏置电压可以使金刚石的生长过程保持在最佳的范围内，从而获得高速率生长的高品质金刚石材料。我们的工作有望推动be-mpcvd工艺在碳材料制备领域的更广泛应用，为合成高质量碳材料，尤其是金刚石等晶体材料，提供新的技术支持。
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决传统微波等离子体化学气相沉积金刚石装置中，偏压调控对碳材料生长过程的影响不够明确、偏压与其他参数耦合关系不清晰的问题。因此，提出了一种偏压耦合微波等离子体化学气相沉
2、本专利技术包括化学气相沉积系统、偏压调控系统和等离子体诊断系统。通过等离子体诊断系统观察不同生长条件下的等离子体性状（包括形状，体积，稳定性等特征），并记录关于微波功率、沉积压力和偏压强度这三个可调整参数的不同匹配模式下的实验数据。根据实验数据确定最佳匹配模式和不同参数的最佳生长参数范围，并且发现微波功率与偏压之间具有协同增强作用，二者共同增加了衬底上方的等离子体的体积以及位于衬底表面反应区域的能量密度，有利于提高衬底表面的成核密度，进而促进沉积过程；而沉积腔的压力与偏压强度之间则存在抵消效应，由于沉积腔在理想情况下应为真空状态，而在实际的实验过程和工程应用中很难维持绝对的真空状态，而负偏压的存在能够在一定程度上消除沉积腔高压的影响，拓宽了金刚石生长过程适用的压力范围。为偏压回路配置合理的反馈电路和控制单元可以根据不同的生长参数自适应地设置合理的偏压强度数值，还可以在金刚石的生长过程中进行精准的即时调控，以使该生长装置的参数设置维持在金刚石的最佳生长范围内。整个系统结构简单，改造成本低，可在碳材料合成领域提供更为灵活和高效的解决方案。
3、本专利技术具有如下优点：
4、1、装置结合了等离子体诊断系统，通过实时监测和分析等离子体的性状，并分析实验数据，可以确定最佳匹配模式和最佳的生长参数范围。
5、2、装置利用了微波功率与负偏压之间具有的协同增强作用，这种协同效应有助于提高衬底表面的成核密度，促进金刚石的沉积过程。这种结合协同的优化机制提供了更高效的金刚石生长方案。
6、3、该生长装置引入了偏压调控系统，实现了对偏压强度的动态调节。通过精密的控制系统，能够在金刚石生长的不同阶段灵活调整偏压，适应不同的生长需求，这使得金刚石的生长过程更为可控，提高了生长速率和晶体质量。
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1.一种偏压耦合微波等离子体的金刚石生长调控装置，包括：化学气相沉积系统，偏压调控系统，等离子体诊断系统；化学气相沉积系统由反应腔体、微波源、气体供给系统和衬底台组成；偏压调控系统由调压装置、反馈电路和控制单元组成；等离子体诊断系统由等离子体成像装置和光谱仪组成。
2.根据权利要求1所述的偏压调控系统可通过调压装置改变偏压强度，其特征在于可通过精密的控制系统实现对偏压强度的动态调节，以适应金刚石生长过程中不同阶段的需求，并且调压装置表现出稳定性，有效防止外部干扰或系统变化引起的偏压强度波动，从而确保生长过程的一致性和可重复性。
3.根据权利要求1和2所述的偏压调控系统与等离子体诊断系统协同工作，通过实时接收并分析等离子体性状数据，自动调整偏压强度，可实现金刚石的均匀生长和较高的晶体质量。
4.根据权利要求2所述的调压装置，其特征在于能够适应不同金刚石生长工艺和要求，包括但不限于温度、压力、气体流速等参数的变化，操作界面允许操作员实时监测和调整偏压强度，可在不同生长条件下维持最佳参数范围，从而实现高度可控的生长过程。
5.根据任何前述
...【技术特征摘要】
1.一种偏压耦合微波等离子体的金刚石生长调控装置，包括：化学气相沉积系统，偏压调控系统，等离子体诊断系统；化学气相沉积系统由反应腔体、微波源、气体供给系统和衬底台组成；偏压调控系统由调压装置、反馈电路和控制单元组成；等离子体诊断系统由等离子体成像装置和光谱仪组成。
2.根据权利要求1所述的偏压调控系统可通过调压装置改变偏压强度，其特征在于可通过精密的控制系统实现对偏压强度的动态调节，以适应金刚石生长过程中不同阶段的需求，并且调压装置表现出稳定性，有效防止外部干扰或系统变化引起的偏压强度波动，从而确保生长过程的一致性和可重复性。
3.根据权利要求1和2所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：翟明，杨迪，郭利，王弼晟，王同尧，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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