[發(fā)明專利]CVD金剛石膜生長(zhǎng)裝置及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210037525.7
• 申請(qǐng)日: 2022-01-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116479399A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙利民;張長(zhǎng)安;王博;張舒冬;袁俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油化工股份有限公司;中國(guó)石油化工股份有限公司大連石油化工研究院
• 主分類號(hào): C23C16/27
• 分類號(hào): C23C16/27;C23C16/44;C23C16/455;C23C16/458
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種CVD金剛石膜生長(zhǎng)裝置，其特征在于，包括：

反應(yīng)腔，其為圓柱形空腔且沿所述空腔周向均勻設(shè)置多個(gè)獨(dú)立控制的氣體入口；該氣體入口通入氫氣和含碳?xì)怏w的混合氣，或，純氫氣；

襯底，其作為金剛石膜生長(zhǎng)基體，該基體呈扇形且為多個(gè)并環(huán)形布置；

熱絲陣列，其由多個(gè)熱絲組件組成，熱絲組件數(shù)量、形狀與所述襯底相適配；該熱絲組件固定在所述反應(yīng)腔內(nèi)所述襯底的上方；

冷卻單元，其上表面與所述襯底貼合且整體可升降和旋轉(zhuǎn)，用于在膜生長(zhǎng)過(guò)程中控制所述襯底的溫度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CVD金剛石膜生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述反應(yīng)腔設(shè)置多于2個(gè)的偶數(shù)個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)通過(guò)氣體分布板分隔且對(duì)應(yīng)一個(gè)氣體入口；在所述冷卻單元的連續(xù)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，在一段預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，某一分區(qū)和對(duì)側(cè)分區(qū)的所述氣體入口由通入氫氣和含碳?xì)怏w的混合氣切換為通入純氫氣。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的CVD金剛石膜生長(zhǎng)裝置，其特征在于，當(dāng)所述偶數(shù)個(gè)分區(qū)數(shù)量為8個(gè)時(shí)，所述預(yù)設(shè)時(shí)間為0.5至2小時(shí)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CVD金剛石膜生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述熱絲組件包括：

電極，其豎直設(shè)置并固定在所述反應(yīng)腔內(nèi)且上端外露；

絲架，其為矩形框架結(jié)構(gòu)且與所述電極下端接觸固定，所述絲架為水平設(shè)置且位于所述襯底上方并間隔一定距離；

熱絲，其平行設(shè)置于所述絲架上且為繃直狀態(tài)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的CVD金剛石膜生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述熱絲為鉭絲、鎢絲或錸絲。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的CVD金剛石膜生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述熱絲端部通過(guò)拉直彈簧固定在所述絲架上。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CVD金剛石膜生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述冷卻單元包括：

冷水工作臺(tái)，其為環(huán)形中空柱狀結(jié)構(gòu)，中空柱狀結(jié)構(gòu)內(nèi)通入循環(huán)冷卻水；所述襯底貼合在所述冷水工作臺(tái)的上表面；

升降桿，其設(shè)置在所述冷卻工作臺(tái)底部且為中空結(jié)構(gòu)，該中空結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)有冷卻水的進(jìn)出水通道；該升降桿與所述反應(yīng)腔為動(dòng)密封連接；

升降旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)所述升降桿并帶動(dòng)所述冷水工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)或升降。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的CVD金剛石膜生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述冷水工作臺(tái)的環(huán)形中空柱狀結(jié)構(gòu)中設(shè)有螺旋折流板，冷卻水在進(jìn)水管側(cè)沿冷水工作臺(tái)下部流入，經(jīng)所述螺旋折流板在出水管側(cè)沿冷水工作臺(tái)上部流出。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的CVD金剛石膜生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述升降旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)提供的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為0.1～5轉(zhuǎn)/分，提供的升降高度為0～200mm。

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的CVD金剛石膜生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述熱絲與所述反應(yīng)腔的上蓋板內(nèi)壁之間的距離大于50mm，熱絲與所述襯底的待沉積面的距離在30mm以內(nèi)。

11.一種應(yīng)用如權(quán)利要求1至10中任意一項(xiàng)所述裝置的方法，其特征在于，包括如下步驟：

A、將氫氣和含碳?xì)怏w混合后通過(guò)每個(gè)分區(qū)的氣體入口進(jìn)入反應(yīng)腔，經(jīng)氣體分布板、襯底表面及反應(yīng)腔上蓋圍成的扇形空間，形成固定的氣體通道；

B、在所述每個(gè)分區(qū)的所述扇形空間中，混合氣體在相應(yīng)位置的熱絲高溫作用下分解離化，生成含碳基團(tuán)和原子氫；

C、通過(guò)所述含碳基團(tuán)和原子氫的相互作用，在經(jīng)循環(huán)冷卻且連續(xù)旋轉(zhuǎn)的襯底上沉積出金剛石；

D、在所述連續(xù)旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，在一段預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)，某一分區(qū)和對(duì)側(cè)分區(qū)的所述氣體入口由通入氫氣和含碳?xì)怏w的混合氣切換為通入純氫氣。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述含碳?xì)怏w為甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯或乙炔，或，蒸汽狀態(tài)下的甲醇、乙醇或丙酮。