[发明专利]MPCVD单晶金刚石生长钼托及单晶金刚石的生长方法

说明书

本发明提供了一种MPCVD单晶金刚石生长钼托及单晶金刚石的生长方法，属于气相沉积技术领域，包括：钼托底座以及分体的钼环，钼环层叠置于钼托底座上，且其外表面不凸出于钼托底座的外表面，钼环具有外接于金刚石衬底的通孔。本发明提供的MPCVD单晶金刚石生长钼托，能够解决金刚石衬底与卡槽侧壁的面面接触导致散热不均、结碳层难于清理、及金刚石衬底移动的问题。钼托结构简单，便于操作，在金刚石生长过程中，散热均匀，成本低廉，便于清洁，解决了在单晶金刚石生长时存在的一系列问题，对于研究高质量单晶金刚石的生长具有重大意义。

技术领域

本发明属于气相沉积技术领域，具体涉及一种MPCVD单晶金刚石生长钼托及单晶金刚石的生长方法。

背景技术

单晶金刚石因其高硬度、高迁移率、高击穿强度与高热导率等一系列优异性能，使其在诸多方面具有很好的发展前景，受到尖端半导体领域及科研工作者的广泛关注。伴随着金刚石应用场景的增多，如：高频高功率电子元件，基于金刚石色心的量子器件以及辐照探测领域，使得单晶金刚石的质量备受关注，生长高质量单晶金刚石已经成为相关领域工作者的主要方向。

微波等离子体化学气相沉积技术(MPCVD)逐渐成熟，使得生长高品质单晶金刚石成为可能。然而，单晶金刚石生长过程中，由于腔体的扰动和样品本身过轻的影响，样品可能发生移动，导致生长效率低，成品率低。同时由于金刚石薄片与钼托的接触不均匀性，致使金刚石薄片散热不均匀，最终导致生长速率不同，生长台阶明显。

传统钼托工装，是在钼托上设置卡接金刚石衬底的方形卡槽，为便于金刚石生长后的取出，需要较大的方形卡槽，存在金刚石生长过程中样品移动问题；由于卡槽侧壁接触样品不均匀导致散热不均的问题，同时存在带有卡槽的钼托工装生长后结碳的现象，该结碳层难于清理。

发明内容

本发明实施例提供一种MPCVD单晶金刚石生长钼托，旨在解决金刚石衬底移动的问题，解决金刚石衬底与卡槽侧壁的面面接触导致散热不均的问题，以及卡槽内结碳一体化的结构，结碳层难于清理的问题，以及金刚石衬底移动的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种MPCVD单晶金刚石生长钼托，包括：钼托底座以及分体的钼环，钼环层叠置于所述钼托底座上，且其外表面不凸出于所述钼托底座的外表面，所述钼环具有外接于金刚石衬底的通孔。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述钼托底座为圆柱形，所述钼环与所述钼托底座的直径相等。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述钼托底座的尺寸为Φ₁×6mm，10.242mm≤Φ₁≤27.21mm。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述钼环的尺寸为Φ₁×0.3mm；根据不同尺寸的金刚石衬底，所述钼环的孔径根据公式调整，孔径公式为Φ₂＝1.414×a，Φ₁-Φ₂≈6mm，a为金刚石衬底的边长，3mm≤a≤15mm。

第二方面，本发明实施例还提供了一种单晶金刚石的生长方法，基于所述的MPCVD单晶金刚石生长钼托，所述方法包括：

将金刚石衬底置于钼托工装内，送入MPCVD腔体；

抽真空至真空度1.0E-6mbar以下，然后通入流量为900sccm的H₂，持续30min，以净化MPCVD腔体；

以20mbar腔压起辉；

金刚石衬底生长过程中工艺条件：功率3.2-4.5kW，温度800-850℃，H₂/CH₄＝1％-5％，腔压：170-210mbar；

生长时间为t＝24±5h。