[發明專利]金剛石微通道熱沉、制備方法和應用以及半導體激光器

有效

• 申請號: 202010140690.6
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN113337806B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 戴瑋;曹劍;徐曉明;張金玉;王雪梅;李嘉強
• 申請（專利權）人: 核工業理化工程研究院
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C23C16/04;C23C16/505;C23C16/56;C23C16/27;C23C16/01;C23C16/02;H01S5/024
• 代理公司: 天津創智睿誠知識產權代理有限公司 12251
• 代理人: 李薇

1.一種金剛石微通道熱沉的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，拋光Si片，清洗并干燥；

步驟2，以步驟1得到的Si片作為沉積類金剛石薄膜的襯底，將帶有微通道柵孔的掩模版覆蓋于所述Si片的上表面，通過磁激勵射頻等離子體增強化學氣相沉積方法在所述微通道柵孔內沉積類金剛石薄膜，取下掩模版，得到DLC/Si片；

步驟3，利用濕法刻蝕對所述DLC/Si片進行刻蝕，使其表面形成微通道溝槽，清洗干燥，得到帶有微通道溝槽的DLC/Si片；

步驟4，對所述帶有微通道溝槽的DLC/Si片的表面進行等離子體刻蝕處理，以去除Si片表面的DLC薄膜層和氧化層，得到帶有微通道溝槽的Si片；

步驟5，以所述帶有微通道溝槽的Si片作為沉積金剛石膜的襯底，通過電子輔助化學氣相沉積方法制備金剛石厚膜，得到Si/金剛石厚膜；

步驟6，對所述Si/金剛石厚膜的金剛石厚膜進行拋光；

步驟7，利用濕法刻蝕去除所述Si/金剛石厚膜中作為襯底的Si片，得到帶有微通道柵孔的自支撐金剛石片，清洗干燥，得到金剛石微通道熱沉。

2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟1中的清洗為：將拋光后的Si片依次置于去離子水、丙酮、乙醇和去離子水中進行超聲振蕩清洗，每次超聲振蕩清洗的時間為5-15min；所述步驟1中的干燥為：利用流動的氮氣吹干；

所述步驟1中去離子水、濃磷酸、高錳酸鉀和金剛石粉的質量比為10：(1-3)：(0.5-1.5)：(0.5-1.5)，金剛石粉的粒徑為0.5-1.5μm。

3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2中類金剛石薄膜的厚度為1～2μm，所述步驟3中微通道溝槽的深度為300～400μm。

4.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟3和所述步驟7中的濕法刻蝕均采用HF-HNO₃體系溶液作為刻蝕液進行刻蝕，所述步驟3中，將所述刻蝕液滴加到DLC/Si片表面對未掩蔽的Si片進行刻蝕，所述步驟7中將所述刻蝕液滴加到Si/金剛石厚膜的Si片一側對作為襯底的Si片進行刻蝕。

5.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟3中的清洗為利用去離子水清洗進行超聲清洗，所述步驟3中的干燥為利用流動的氮氣吹干；

所述步驟4中的等離子體刻蝕處理具體為：通過Ar等離子體對所述帶有微通道溝槽的DLC/Si片進行刻蝕處理，Ar流量為2～5sccm，加速電壓為400～500V，射頻功率為30～100W，處理時間為15～30min。

6.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟5中的電子輔助化學氣相沉積方法具體為：將Si片放入沉積室，本底真空抽至0.01～0.1Pa，通入H₂和CH₄的混合氣體，并設置金剛石膜的沉積工藝條件為：所述混合氣體中CH₄的濃度為1～3％，沉積氣壓為3～5kPa，襯底溫度為800～1100℃，加速偏壓200～300V，加速電流為12～18A，沉積時間為20～30h。

7.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟6中拋光采用化學機械拋光法，具體包括以下步驟：

步驟1，配置拋光液：向去離子水中加入濃磷酸和高錳酸鉀作為氧化劑，再加入金剛石粉作為磨料，攪拌分散均勻；

步驟2，將所述金剛石膜/Si片放置于拋光機的磨盤上，拋光壓力為0.3-0.5MPa，設置拋光盤轉速為100-200rpm，磨盤溫度為60～90℃，以2～3ml/s的速度滴加所述拋光液，拋光時間為300～500min。

8.如權利要求1-7中任一項所述制備方法得到的金剛石微通道熱沉。

9.如權利要求8所述的金剛石微通道熱沉在半導體激光器中的應用。

10.一種半導體激光器，安裝于如權利要求8所述的金剛石微通道熱沉。