[發(fā)明專利]金剛石單晶同質(zhì)內(nèi)延修復(fù)以及同質(zhì)外延生長的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910210558.1
• 申請日: 2009-11-10
• 公開（公告）號: CN101696515A
• 公開（公告）日: 2010-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋建華
• 申請（專利權(quán)）人: 宋建華
• 主分類號: C30B29/04
• 分類號: C30B29/04;C30B25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金剛石氣相沉積技術(shù)，具體的涉及一種用于以金剛石單晶為晶種進行金剛石修復(fù)和生長的金剛石單晶的內(nèi)部缺陷的同質(zhì)內(nèi)延修復(fù)以及同質(zhì)外延生長的方法。

背景技術(shù)

金剛石作為最被人們喜愛的珠寶裝飾材料越來越稀缺，由于大量存在內(nèi)部缺陷的鉆石不能被用來作為珠寶材料，被貶值作為工業(yè)用材料使用。而且寶石級的大尺寸金剛石也越來越奇缺。人們發(fā)明了多種人工合成金剛石的方法，例如在超過幾萬個大氣壓的條件下合成單晶金剛石，該種合成金剛石單晶的壓力設(shè)備比較昂貴，且合成金剛石的單晶尺寸受到影響，利用高溫高壓合成的含氮金剛石的尺寸雖然可以達到1cm的直徑，但是其受雜質(zhì)影響而顯黃色。無色清澈的金剛石單晶被限制在直徑幾毫米的范圍內(nèi)。化學(xué)氣相沉積是合成金剛石的新方法，該方法通常用于制備大尺寸的金剛石多晶膜。對于現(xiàn)有金剛石的內(nèi)部缺陷如何修復(fù)尚屬于無人解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種金剛石單同質(zhì)內(nèi)延修復(fù)以及同質(zhì)外延生長的方法，能夠同時實現(xiàn)金剛石單晶的內(nèi)部缺陷的同質(zhì)內(nèi)延修復(fù)和同質(zhì)外延生長，其可用于修復(fù)現(xiàn)有金剛石的內(nèi)部空洞和裂紋等缺陷，去除金剛石的內(nèi)部雜質(zhì)和顏色，增加其透明度和潔凈度，并可以在金剛石單晶外表面的各個取向上同質(zhì)外延生長，得到純凈的較大尺寸金剛石單晶。該方法實現(xiàn)條件溫和，運行成本低，可用于人造和天然金剛石單晶為晶種的修復(fù)及生長。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下，

一種金剛石單晶同質(zhì)內(nèi)延修復(fù)以及同質(zhì)外延生長的方法，其特征在于所述方法包括：

采用金剛石沉積設(shè)備，以金剛石單晶為晶種，于700～2000℃的溫度下進行氣相沉積的內(nèi)延修復(fù)和外延生長。

具體地講，所述金剛石沉積設(shè)備采用直流噴射等離子設(shè)備，或者微波等離子設(shè)備，或者熱絲等離子設(shè)備。

所述金剛石于金剛石沉積設(shè)備內(nèi)的沉積時間為1～30小時，該金剛石沉積設(shè)備于金剛石生長期的真空度為10～5000Pa。

所述金剛石沉積設(shè)備內(nèi)的氬氣載體流量為1～40升/分鐘，氫氣載體流量：1～50升/分鐘，含碳基團載體流量為1-1000毫升/分鐘。

所述含碳基團載體包括甲烷、乙烷、液化氣、乙醇或者甲醇。

所述金剛石單晶的襯底材料包括金屬鉬，鎢，或者硅，石英。

所述晶種包括天然金剛石單晶、高溫高壓人造金剛石單晶、或者化學(xué)氣相沉積金剛石單晶。

所述晶種的直徑為0.5～20毫米，重量為0.05～15克拉。

該金剛石單晶同質(zhì)內(nèi)延修復(fù)以及同質(zhì)外延生長的方法采用化學(xué)氣相沉積設(shè)備，對天然金剛石單晶和人造金剛石單晶的內(nèi)部空洞和裂紋等缺陷進行金剛石同質(zhì)內(nèi)延生長修復(fù)，同時可以在金剛石外表面的各個取向上同質(zhì)外延生長，還可以去除金剛石的內(nèi)部雜質(zhì)和顏色，有效增加其透明度和潔凈度。直流噴射等離子設(shè)備又稱直流電弧等離子體噴射設(shè)備，是目前高效制備金剛石膜的重要技術(shù)裝置。微波等離子體設(shè)備系采用微波等離子CVD法，可以制備面積大、均勻性好、純度高、結(jié)晶形態(tài)好的高質(zhì)量金剛石薄膜，特別適合在各種曲面(異形表面)上涂復(fù)金剛石薄膜，能制備各種不同需要的金剛石薄膜制品。并且可以原位實施基體與金剛石薄膜之間的中間層的多種不同處理工藝，適用性強。設(shè)備的使用操作簡便，設(shè)備本身沒有易損易耗件，能長期穩(wěn)定運行，生產(chǎn)的重復(fù)性好。設(shè)備的能耗低，運行成本也低。微波等離子體CVD法是當(dāng)前世界上研究和制備金剛石薄膜的主流方法。熱絲等離子設(shè)備又稱等離子熱絲氣相沉積設(shè)備，

其常用于解決沉積大面積金剛石厚膜的問題。本發(fā)明通過在上述制取金剛石膜的現(xiàn)有化學(xué)氣相沉積設(shè)備，進行合理的生長溫度和其它條件控制，實現(xiàn)了在設(shè)備和工藝上研究上的突破性進展，可用于金剛石的內(nèi)部缺陷修補和外延生長，是一種變廢為寶的技術(shù)革新。

本發(fā)明的有益效果在于，該方法能夠同時實現(xiàn)金剛石單晶的同質(zhì)內(nèi)延修復(fù)和同質(zhì)外延生長，其可用于修復(fù)現(xiàn)有金剛石的內(nèi)部空洞和裂紋等缺陷，去除金剛石的內(nèi)部雜質(zhì)和顏色，增加其透明度和潔凈度，并可以在金剛石單晶外表面的各個取向上同質(zhì)外延生長，得到純凈的較大尺寸金剛石單晶。該方法實現(xiàn)條件溫和，運行成本低，可用于人造和天然金剛石單晶為晶種的修復(fù)及生長。

下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進一步的闡述。

具體實施方式