[发明专利]一种生长金刚石多晶膜用样品托及金刚石多晶膜生长方法

说明书

本发明涉及晶体合成技术领域，具体涉及一种生长金刚石多晶膜用样品托及金刚石多晶膜生长方法，本发明的样品托顶部开设有用于放置衬底的容置槽，样品托底部设有由若干个同心圆环间隔分布形成的花纹，若干个同心圆环包括有实心圆环带和空心圆环带，本发明的样品托采用非对称式底部花纹，利用非均匀的底部散热来补偿由于等离子体球倾斜或偏移所导致的金刚石生长衬底的受热不均匀，可实现大面积金刚石多晶膜的高质量均匀生长；本发明的生长方法，采用上述结构的样品托进行生长，工艺简单，容易生长，可实现大面积金刚石多晶膜的高质量均匀生长。

技术领域

本发明涉及晶体合成技术领域，特别是涉及一种生长金刚石多晶膜用样品托及金刚石多晶膜生长方法。

背景技术

金刚石具有高硬度、高热导率、耐酸碱腐蚀和超宽禁带等优异的物理、化学及电学性能，在机械、半导体和饰品等领域均有重要的应用价值。天然金刚石在自然界中储量小，价格昂贵，且具有质量不均匀、尺寸小等问题，因此，为了获得大面积、稳定、均匀、低成本、高质量的金刚石，必须发展金刚石的人工合成技术。目前人工合成金刚石的方法主要有高温高压(HPHT)法和化学气相沉积(CVD)法，在各种CVD金刚石制备方法中，微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法以其具有等离子体功率密度高、无电极放电污染和性能稳定等特性，成为制备高品质金刚石的首选方法。

除了外延高质量单晶金刚石外，MPCVD设备亦被应用于异质衬底上的大面积金刚石多晶膜外延，目前市面上采用2.45GHz微波源的MPCVD设备用于外延最大2英寸金刚石多晶膜，采用915MHz微波源的MPCVD设备则可外延4～6英寸金刚石多晶膜。大面积金刚石多晶膜的均匀性很大程度取决于等离子体球的准直性，而后者受微波场的分布、混合生长气体的扰动和样品台、腔体结构等多种因素所影响，所以质量再好的MPCVD设备也很难避免等离子体球的倾斜和偏移，由此会引起样品各位置的温度不均匀，此现象在大面积衬底上尤为严重。温度的差异不仅会导致生长速率和厚度不均匀，而且还会引起不同位置金刚石晶向的差异，更为严重的是在衬底比较薄的情况下受热温度较高的边缘容易形变翘曲，该部位因脱离与样品托的接触而热传导变差，使温度急剧上升，最终导致金刚石晶体石墨化，严重制约了大面积金刚石多晶膜的高质量均匀生长。

鉴于上述技术问题，有必要提供一款新的生长金刚石多晶膜用样品托及金刚石多晶膜生长方法，以更好地解决上述技术问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种生长金刚石多晶膜用样品托及金刚石多晶膜生长方法，本发明的样品托，其结构简单，设计合理，能有效补偿因等离子体球的分布不均匀而带来的表面温差；本发明的生长方法，其工艺简单，操作方便，便于金刚石多晶膜制备。

本发明采用的技术方案是：

一种生长金刚石多晶膜用样品托，样品托顶部开设有用于放置衬底的容置槽，样品托底部设有由若干个同心圆环间隔分布形成的花纹，若干个同心圆环包括有实心圆环带和空心圆环带。

进一步地，单个圆环由实心环带和空心环带组成，实心环带由相同材质制成，空心环带由若干个空心图形串联形成。

进一步地，若干个空心图形串联时接触连接。

进一步地，空心图形为规则图形或不规则图形。

进一步地，规则图形为圆形、矩形、正多边形和三角形中的任一种。

进一步地，单个圆环中，实心环带所围成的弧形角度为Y，空心环带所围成的弧形角度为X，Y和X的变化范围分别为0～360°，且X+Y＝360°。

进一步地，实心环带和空心环带设为相互接触或相互间断。

进一步地，若干个同心圆环间隔均匀分布或非均匀间隔分布。

一种使用如上述任一项所述的样品托生长金刚石多晶膜的方法，包括如下步骤：