[發明專利]一種微波等離子體-磁控濺射復合氣相沉積原位制備100面金剛石的方法及設備

有效

• 申請號: 202011633598.X
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112853482B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 李輝;申勝男;劉勝;于大洋;張磊;聶思媛;杜晨宇;王浩丞
• 申請（專利權）人: 武漢大學深圳研究院
• 主分類號: C30B29/04
• 分類號: C30B29/04;C30B25/10;C30B25/18;C23C14/16;C23C14/18;C23C14/35;C23C14/02;C23C16/27;C23C16/511
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 齊晨涵

1.一種微波等離子體-磁控濺射復合氣相沉積原位制備 100 面單晶金剛石的方法，其特征在于：提供了一種用于實現微波等離子體-磁控濺射復合氣相沉積原位制備 100 面金剛石設備，包括反應腔室，所述反應腔室內部設置有沉積臺，腔室壁上設置有進排氣口，所述沉積臺上設有硅襯底，還包括微波源、金屬靶材、石墨靶材、水冷裝置，所述微波源設置于反應腔體頂部，所述金屬靶材和石墨靶材分別兩兩相對布置在沉積臺上方四周；所述金屬靶材和石墨靶材均分別與磁控濺射陰極連接，所述水冷裝置設置于各磁控濺射陰極外側和沉積臺中；其制備 100 面金剛石的過程如下：

S1：使用研磨拋光好的單晶硅或鉭酸鉀襯底，使用反應或惰性氣體等離子體刻蝕硅襯底

上表面無機物和表面缺陷；

S2：使用磁控濺射一層 2um 的 Ir 緩沖層并形成碳元素的 SP3 鍵促進金剛石薄膜生長；

S3：開始金剛石 100 面偏壓增強形核（BEN）；

S4：開始異質外延金剛石生長。

2.根據權利要求 1 所述的微波等離子體-磁控濺射復合氣相沉積原位制備 100 面單晶金剛石的方法，其特征在于： 所述 S1 的具體過程為：

S11 使用研磨拋光過的硅片或鉭酸鉀作為襯底，將該襯底放置于沉積臺上；

S12 將反應腔室抽為真空后，通入氫氧流量比為 300sccm :9sccm 的氫氧混合氣體；

S13 打開微波源，在反應腔室內形成電場分布大小在空間上呈軸對稱橢球形分布的微波

駐波，形成橢球狀等離子球體；

S14 增加功率和氣壓，在 4kW-190torr 壓強下氫氧等離子體刻蝕硅襯底表面，去除表面雜質及缺陷。

3.根據權利要求 2 所述的微波等離子體-磁控濺射復合氣相沉積原位制備 100 面單晶金剛石的方法，其特征在于：

S21 在沉積臺上方設置金屬銥靶材和石墨靶材，將反應腔室抽真空至 1Pa 左右，腔體內

通入氬氣；

S22 打開微波源，產生氬等離子體；

S23 接通金屬銥靶材的靶電源開關，磁控濺射陰極施加負電壓，沉積臺施加正電壓，電

子受磁場洛倫磁力影響，束縛在靠近靶材等離子區域內圍繞靶材做圓周運動，不斷與氬原子

碰撞電離大量氬離子，氬粒子碰撞靶材，濺射出銥原子沉積在硅襯底上；

S24 通過控制濺射時間獲得具有所需厚度的銥緩沖層；

S25 斷開金屬銥靶材的靶電源開關，接通鏈接石墨靶材的靶電源開關，通過濺射石墨靶表面，控制靶電流，在基底實現碳元素的 SP3 鍵形成。

4.根據權利要求 1 所述的微波等離子體-磁控濺射復合氣相沉積原位制備 100 面單晶金剛石的方法，其特征在于：

連接多個反應設備，依次將上一個設備的腔室內 S2 反應后氣體抽出過濾后通入下一個設備的反應腔室。

5.根據權利要求 1 所述的微波等離子體-磁控濺射復合氣相沉積原位制備 100 面單晶金剛石的方法，其特征在于：所述石墨靶材和金屬靶材分別設有一對，均勻布置在沉積臺上方。