[发明专利]一种金刚石生长托盘和系统

说明书

本发明涉及金刚石制造领域，尤其涉及一种金刚石生长托盘和系统。一种金刚石生长托盘，包括基部、装设在所述基部上的承台；所述承台为正多棱台形或圆台形，在上表面具有凹槽，所述凹槽的开口处边沿为倒角设计。相较于现有技术，具有以下效果：通过新设计的籽晶托盘，可以维持籽晶表面的等离子体分布及电场分布在最佳状态，保证金刚石籽晶生长环境稳定，降低表面生长缺陷数量，最终合成出高质量的单晶金刚石片；通过新设计的籽晶托盘，可以使籽晶托盘边缘碳黑等杂质生长速率显著降低，保证单次稳定生长时间更长，可以一次性生长更厚的产品，提高生产效率。

技术领域

本发明涉及金刚石制造领域，尤其涉及一种金刚石生长托盘和系统。

背景技术

高质量金刚石禁带宽度高、光透谱宽，同时其超高的硬度和热导率，优异的绝缘性，以及能耐酸、耐热、耐辐射等优异的理化学性能，可以应用于精密机械加工、光学窗口、宝石、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)、芯片等领域。但高质量的天然金刚石储量有限，于是人们开发出多种合成金刚石方法，如高温高压法、热丝化学气相沉积法。其中MPCVD(Microwave plasma chemical vapor deposition，微波等离子体化学气相沉积法)合成金刚石法理论上由于没有杂质的引入，可以合成出高质量、大面积的金刚石。

MPCVD方法合成金刚石的质量与多种因素有关，包括碳源浓度，气体流量大小，温度，基板台高度，籽晶托盘形状、微波功率，合成温度等。其中籽晶托盘边缘由于温度较高，与金刚石籽晶的温度差可以上百摄氏度，在含有碳源的等离子体条件下，极易生长出碳黑等SP²键结合的杂质。随着长时间的运行生长，籽晶托盘边缘的杂质厚度增加，加上其本身结合力很差，很容易从托盘上翘曲甚至剥落。这种现象的出现，对于金刚石的稳定生长有极大的危害，主要表现在以下几个方面：①碳黑等杂质剥落会严重污染金刚石的表面，形成表面缺陷，进一步生长会形成包裹体或多晶，影响生长质量；②碳黑等杂质翘曲时会影响真空腔体内部的等离子体分布、电场分布、温度分布等，使得产品应力增加，生长速率降低、光学性能降低等不可逆的损害。

毛河光在专利CN1296528C中提到，对腔体及籽晶托盘进行了改进，改进后籽晶可以在籽晶托盘内上下移动，并有包套包裹住籽晶，随着厚度的增加，逐渐降低，包套边缘夹住籽晶后，可以增加籽晶的散热效率。虽然该方案对于单晶金刚石的生长有一定的效果，但是对于批量生产高质量金刚石并不适用。日本AIST Y.Mokuno等人发文称对籽晶托盘进行了改进，由开放式结构改为封闭式结构。该方式的改变，可以有效地增加籽晶表面等离子体密度，且使得籽晶外延表面形貌平滑，缺陷密度显著降低。但是该装置仍然会在籽晶托盘边缘沉积杂质，需要生长一段时间后即进行清理。因此，在合成较厚的金刚石时，仍然需要对籽晶托盘进行多次处理，降低了生产效率。密歇根大学Shreya Nad和J.Asmussen等人通过对于籽晶托盘凹槽的设计，验证口袋式结构，在合成金刚石的表面形貌及样品质量方面，比传统的开放式结构效果更好，尤其体现在金刚石四边多晶的生长方面。该基板台设计方式，可以通过避免边缘放电及四角尖端放电，导致的局域等离子体密度过大，来有效抑制金刚石籽晶四边/角多晶的生长，但是该设计的缺陷仍然是需要多次处理籽晶托盘表面生长的杂质。

因此，本新型籽晶托盘有效地控制托盘边缘产生碳黑等杂质，提高了金刚石的稳定生长时间，利于工业化生产。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种金刚石生长托盘和系统，托盘在使用中可以显著降低籽晶托盘边缘碳黑等杂质的生成，提高金刚石稳定生长时间。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种金刚石生长托盘，包括基部、装设在所述基部上的承台；

所述承台为正多棱台形或圆台形，在上表面具有凹槽，所述凹槽的开口处边沿为倒角设计。

优选的所述的金刚石生长托盘，所述凹槽为正多棱柱形或圆柱形。