[实用新型]一种高质量金刚石生长托盘和生长系统

说明书

本实用新型涉及一种高质量金刚石生长托盘和生长系统。一种高质量金刚石生长托盘，包括上基板台和下基板台，所述上基板台具有若干个通孔；所述通孔贯穿所述上基板台；所述下基板台具有下基板和若干凸柱，所述凸柱与所述通孔一一对应。使用本新型提供的籽晶托盘，能够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，配合相应的金刚石生长方法，新生长的金刚石以层状进行生长，经过切割分离后的金刚石片可以达到光学级金刚石。

技术领域

本实用新型涉及金刚石生长领域，尤其涉及一种高质量金刚石生长托盘和生长系统。

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、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 chemicalvapor 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约200度左右，在含有碳源的等离子体条件下，极易生长出炭黑等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炭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炭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，但是该方案对于单晶金刚石的生长有很好的效果，但是对于批量生产金刚石并不适用。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(open type)改为封闭式结构(enclosed type)，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。但是对于批量生产金刚石并不适用。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(pocket holder)，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(open type)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，但是对于批量生产金刚石并不适用。新加坡IIA公司在专利SG11201406391YA中提出的基板台，虽然可以合成出多颗单晶金刚石，但是这对于多颗单晶在内部的漂移问题、温度均匀性问题提出了很大的挑战。

因而现有的技术存在不足，还有待改进和提高。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种高质量金刚石生长托盘和生长系统，能够在生长金刚石过程中减少缺陷的形成，保证金刚石的高质量生长，同时进行批量生产。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种高质量金刚石生长托盘，包括上基板台和下基板台，所述上基板台具有若干个通孔；所述通孔贯穿所述上基板台；所述下基板台具有下基板和若干凸柱，所述凸柱与所述通孔一一对应。

优选的所述的高质量金刚石生长托盘，所述通孔具有第一孔部和第二孔部，所述第一孔部为倒圆台或倒锥台形，所述第二孔部为横截面与所述第一孔部的地面形状相同的柱体。