[發明專利]一種通過微波等離子體采用碳化硼制備金剛石的方法

有效

• 申請號: 202010987048.1
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN111945131B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 滿衛東;朱長征;龔闖;吳劍波
• 申請（專利權）人: 上海征世科技股份有限公司
• 主分類號: C23C16/27
• 分類號: C23C16/27;C23C16/517
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陳秋憶;徐偉

1.一種通過微波等離子體采用碳化硼制備金剛石的方法，其特征在于，所述方法包括：

預處理步驟：提供襯底，將固態碳化硼顆粒均勻放置在所述襯底周圍，并放入微波等離子體反應室中；

形核步驟：采用第一工藝參數組合在所述微波等離子體反應室中產生等離子體轟擊所述固態碳化硼顆粒，以使金剛石在所述襯底表面形核；以及

生長步驟：采用第二工藝參數組合在所述微波等離子體反應室中產生等離子體轟擊所述固態碳化硼顆粒，以在所述襯底表面生成摻硼的金剛石；其中

所述第一工藝參數組合不同于所述第二工藝參數組合；

所述形核步驟和所述生長步驟進一步包括：

增強所述固態碳化硼顆粒上表面的微波電場，以強化所述固態碳化硼顆粒上表面聚集的等離子體的轟擊能力；

所述預處理步驟進一步包括：

在所述固態碳化硼顆粒中均勻設置多根金屬絲，所述金屬絲的頂部超過所述固態碳化硼顆粒的上表面且低于所述襯底的上表面，以在所述形核步驟和所述生長步驟中通過所述金屬絲的尖端放電增強所述固態碳化硼顆粒上表面的微波電場。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述形核步驟前，所述方法還包括：

預清洗步驟：采用第三工藝參數組合在所述微波等離子體反應室中產生等離子體，以對所述襯底的表面進行刻蝕，并清除所述固態碳化硼顆粒表面吸附的雜質。

3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述第三工藝參數組合包括：

產生等離子體的反應氣體為氫氣；

所述氫氣的流量為100-1000標準立方厘米每分鐘；

所述微波等離子體反應室的氣壓為1-2千帕；

所述襯底的溫度為800-1000攝氏度；以及

所述預清洗步驟的持續時間為5-10分鐘。

4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一工藝參數組合和所述第二工藝參數組合所包含的工藝參數均包括：

產生等離子體的反應氣體、所述反應氣體的流量、產生等離子體的微波功率、所述微波等離子體反應室的氣壓、所述襯底的溫度以及持續時間；其中

所述第一工藝參數組合和所述第二工藝參數組合所采用的反應氣體均為包含氫氣、氬氣和甲烷的組合氣體；

所述第一工藝參數組合中的氫氣流量、氬氣流量等于所述第二工藝參數組合中的氫氣流量、氬氣流量；

所述第一工藝參數組合中的甲烷流量大于所述第二工藝參數組合中的甲烷流量；

所述第一工藝參數組合中的微波功率、氣壓、溫度、持續時間均小于所述第二工藝參數組合中的微波功率、氣壓、溫度、持續時間。

5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一工藝參數組合包括：

產生等離子體的反應氣體為包含氫氣、氬氣和甲烷的組合氣體；

所述氫氣的流量為100-1000標準立方厘米每分鐘；

所述氬氣的流量為10-100標準立方厘米每分鐘；

所述甲烷的流量為所述氫氣的流量的3％-5％；

激發等離子體的微波功率為2500-3500瓦；

所述微波等離子體反應室的氣壓為8-11.5千帕；

所述襯底的溫度為800-850攝氏度；以及

所述形核步驟的持續時間為30-60分鐘。

6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二工藝參數組合包括：

產生等離子體的反應氣體為包含氫氣、氬氣和甲烷的組合氣體；

所述氫氣的流量為100-1000標準立方厘米每分鐘；

所述氬氣的流量為10-100標準立方厘米每分鐘；

所述甲烷的流量為所述氫氣的流量的2.5％-3％；

激發等離子體的微波功率為3500-4800瓦；

所述微波等離子體反應室的氣壓為11.5-18千帕；

所述襯底的溫度為850-950攝氏度；以及

所述生長步驟的持續時間為10-100小時。