[實用新型]一種適用于CVD金剛石制備的新型散熱結構

有效

• 申請號: 201820307332.8
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN207904363U
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發明（設計）人: 武迪;鄭大平;朱瑞;楊明;徐元成
• 申請（專利權）人: 湖北碳六科技有限公司
• 主分類號: C23C16/27
• 分類號: C23C16/27;C23C16/46
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本實用新型公開了一種適用于CVD金剛石制備的新型散熱結構，包括基片臺和散熱樣品臺；所述散熱樣品臺上放置樣品的位置開有一個略小于樣品長寬尺寸的小槽，所述小槽內部填充有低熔點金屬粉末，所述樣品位于金屬粉末之上。該結構將低熔點金屬粉末放置于樣品和樣品臺之間，利用對樣品加熱升溫至金剛石沉積溫度過程中所吸收的熱量熔化并與樣品反面和樣品臺表面緊密貼合，能夠阻擋石墨在樣品和樣品臺之間的堆積，實現穩定的能量傳遞。

技術領域

本實用新型屬于金剛石生產加工技術領域，具體涉及一種適用于CVD金剛石制備的新型散熱結構。

背景技術

化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition，CVD)制備金剛石是指將氫氣、碳源混合氣源通入到反應腔室內部，然后使用高能能量將混合氣源電離為sp2石墨相含碳基團、sp3金剛石相含碳基團、原子氫等亞穩態活性基團。利用原子氫對sp2石墨相含碳基團的反應刻蝕效率遠大于對sp3金剛石相含碳基團的反應刻蝕效率，達到sp3金剛石相含碳基團在樣品表面的選擇性吸附沉積的目的，從而實現樣品表面金剛石的沉積。其中，碳源可以使用氣態碳源，如甲烷、乙炔等；也可以使用液態碳源，如丙酮、乙醇等易揮發液體，液態碳源需要使用氫氣混合帶入。

適用于制備金剛石的化學氣相沉積裝置有微波等離子體CVD裝置、熱絲CVD裝置、直流CVD裝置等。其中，微波等離子體CVD是使用高能微波將混合氣源直接電離為亞穩態活性基團；熱絲CVD是使用2000℃左右的高溫金屬絲將混合氣源直接加熱電離；直流CVD是在高壓電場的作用下高能電子對混合氣源進行轟擊電離。無論使用何種CVD裝置制備金剛石都必須考慮到金剛石的散熱問題。使用高能能量對樣品進行加熱，樣品的部分熱量會通過樣品反面與樣品臺的接觸將熱量傳遞給散熱樣品臺，樣品表面的實際溫度通過調整加熱功率和樣品臺的散熱，從而保持在一定的溫度。CVD金剛石的沉積溫度范圍要求控制在700-1500℃之間。

載有樣品的散熱樣品臺放置在基片臺上，基片臺可以使用水冷或者氣冷的形式進行散熱，避免熱量直接傳遞到整個反應腔室損壞設備元器件的正常運作。放置有樣品的散熱樣品臺直接水平放置在基片臺的平面上，樣品正面的溫度控制在金剛石的沉積溫度700-1500℃范圍內，樣品反面與散熱樣品臺直接接觸將部分熱量傳遞給散熱樣品臺后，樣品反面的溫度低于金剛石沉積的沉積溫度。含碳活性基團在樣品反面由于溫度較低只能沉積一層石墨。即使樣品反面與散熱樣品臺表面的機械加工能達到鏡面效果，放置在散熱樣品臺上的樣品反面與散熱樣品臺之間也無法做到無縫隙貼合，這種情況下樣品反面與散熱樣品臺之間的縫隙內會持續堆積石墨。金剛石生長初期微量石墨的堆積可能會提高熱量的傳遞效果，但是隨著沉積時間的延長，石墨會逐漸覆蓋整個樣品反面，從而形成石墨散熱過渡層。石墨散熱過渡層結構疏松，厚度越厚熱量的傳遞效果越差。

在高能能量對樣品的加熱效率保持不變的前提下，樣品的散熱能力越差就會導致樣品表面的溫度越來越高。樣品表面的金剛石高質量生長要求溫度的長時間保持穩定，石墨過渡層的堆積不利于樣品反面熱量的穩定傳遞。

實用新型內容

現有技術中存在的主要問題如下：隨著沉積時間的延長，樣品反面的石墨會逐漸堆積至覆蓋住整個樣品反面形成石墨散熱過渡層，這個石墨散熱過渡層結構疏松并且結構會隨著沉積的時間延長持續發生變化，影響了樣品反面的散熱穩定性，尤其是在制備高質量金剛石對溫度要求嚴格時，樣品反面石墨層的堆積是有害的。

針對現有技術中存在的上述問題，本實用新型提供了一種適用于CVD金剛石制備的新型散熱結構，該結構將低熔點金屬粉末放置于樣品和樣品臺之間，利用對樣品加熱升溫至金剛石沉積溫度過程中所吸收的熱量熔化并與樣品反面和樣品臺表面緊密貼合，能夠阻擋石墨在樣品和樣品臺之間的堆積，實現穩定的能量傳遞。

為此，本實用新型采用了以下技術方案：