[发明专利]化学气相沉积高品质金刚石的制备装置及制备方法

说明书

本发明为一种化学气相沉积高品质金刚石的制备装置及制备方法，装置由Hsubgt;2/subgt;容器，氢气提纯装置，COsubgt;2/subgt;容器，低温除水装置或干燥装置，低温除Hsubgt;2/subgt;S装置，低温干冰制备装置，除杂真空泵，CHsubgt;4/subgt;反应装置，二次除水装置，CVD金刚石合成装置组成。制备时先分别制备高纯COsubgt;2/subgt;和Hsubgt;2/subgt;，然后反应形成Hsubgt;2/subgt;、Hsubgt;2/subgt;O、CHsubgt;4/subgt;混合气体，接着二次除水，获取Hsubgt;2/subgt;、CHsubgt;4/subgt;混合气体，最后将该气通入CVD金刚石合成装置沉积金刚石即可。本发明装置及方法能够有效降低原料气中的杂质元素N、S等，从而实现高品质金刚石的生产。

技术领域

本发明涉及化学气相沉积技术领域，具体是一种化学气相沉积高品质金刚石的制备装置及制备方法。

背景技术

高品质金刚石具有优异的物理化学性质，在机械、航空航天、半导体、饰品等领域有着广阔的应用前景。化学气相沉积法（CVD）是目前人工合成金刚石常用的方法，这种方法一般是直接使用高纯H₂和高纯CH₄作为原料气在负压条件下通过等离子体辅助合成金刚石。反应气体的纯度直接影响CVD 制备金刚石的品质的高低。由于H₂分子比较小，一般可以通过钯金属过滤或吸附等方法与其他气体分离获得高纯H₂原料气（＞99.9999%）。但是，常规吸附法一般只能将CH₄提纯到99.9%左右，如果要获得更高的纯度，需要在非常低的温度下采用低温精馏的方法。这是由于N₂的沸点为-195.8°C，CH₄的沸点为−161 °C，只有在低于−161 °C时才能够将CH₄液化，将气态的N₂分离，气化后所获得的CH₄纯度一般能达到99.999%。这种方法不但投资高，而且很难获得更高纯度的CH₄，因此成为CVD法制备高品质金刚石的难题，在一定程度上影响了该行业的发展。

发明内容

本发明的目的是针对常规采用CVD装置合成金刚石直接采用高纯H₂和高纯CH₄作为原料气进行生产，而关键原料气高纯CH₄提纯困难，纯度难以超过99.999%以上，导致其中的杂质气体在金刚石生长过程中降低金刚石的品质等问题，而提供一种化学气相沉积高品质金刚石的制备装置及制备方法。该装置及方法能够有效降低原料气中的杂质元素N、S等，从而实现高品质金刚石的生产。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种化学气相沉积高品质金刚石的制备装置，包括H₂容器，氢气提纯装置，CO₂容器，低温除水装置或干燥装置，低温除H₂S装置，低温干冰制备装置，除杂真空泵， CH₄反应装置，二次除水装置，CVD金刚石合成装置；

H₂容器与氢气提纯装置连接，氢气提纯装置又与CH₄反应装置连接；

CO₂容器与低温除水装置或干燥装置连接，低温除水装置或干燥装置又与低温除H₂S装置连接，低温除H₂S装置又与低温干冰制备装置连接，低温干冰制备装置又与除杂真空泵连接，除杂真空泵又与CH₄反应装置连接；

CH₄反应装置与二次除水装置连接，二次除水装置又与CVD金刚石合成装置连接。

基于上述装置的化学气相沉积高品质金刚石的制备方法，具体包括如下步骤：