專利名稱：一種大面積高速度熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)氣相沉積金剛石技術(shù)，特別提供了一種用熱絲化學(xué)氣相沉積技術(shù)大面積高速度生長(zhǎng)金剛石的方法。
熱絲化學(xué)氣相沉積(HFCVD)是當(dāng)前氣相生長(zhǎng)金剛石中應(yīng)用最廣的技術(shù)之一。然而，它也存在一些有待解決的技術(shù)問題。例如，加熱絲的壽命還不夠長(zhǎng)，影響了生產(chǎn)效率，現(xiàn)有的HFCVD工藝中，甲烷通常是先與氫氣混合，然后送入到鎢絲加熱器之間，混合氣體穿過加熱絲形成的高溫區(qū)，受到強(qiáng)烈的輻射和對(duì)流加熱。甲烷與鎢絲在高溫下直接接觸，導(dǎo)致了鎢絲的碳化，加劇了鎢絲的變形，表面分層和開裂。在采用流體動(dòng)力學(xué)強(qiáng)化技術(shù)，提高HFCVD金剛石生長(zhǎng)速率時(shí)，鎢絲壽命問題變得更加突出。
本發(fā)明的目的在于提供一種可大面積生長(zhǎng)金剛石的熱絲化學(xué)氣相沉積方法及設(shè)備，設(shè)備鎢絲的壽命可以得到很大提高。
本發(fā)明提供了一種大面積高速度熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石的方法，采用通常的氫與甲烷的比例，甲烷占總流量的1-1.5％，混合氣體流量10～200SCCM/cm2；保持反應(yīng)后溫度在2000～2600℃，其特征在于將氫氣對(duì)準(zhǔn)鎢絲，甲烷氣對(duì)準(zhǔn)兩根鎢絲之間的空檔均勻地吹入反應(yīng)區(qū)。向兩根鎢絲之間送入的甲烷氣中還可以混有氫氣，氫氣的量占?xì)錃饪傆昧?0％以下。本發(fā)明不但可以減少鎢絲的碳化傾向，而且可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)氣的均勻送入，從而實(shí)現(xiàn)大面積高速度的生長(zhǎng)金剛石。
本發(fā)明還提供了一種專用于上述方法大面積高速度熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石的設(shè)備，包括真空系統(tǒng)，帶熱絲加熱器的反應(yīng)室，電控等部分，其特征在于在熱絲加熱器上方設(shè)置一氣體分配器，氣體分配器分割為上、中、下三個(gè)密閉的室；上室(1)為甲烷氣室，設(shè)有一甲烷氣入口(11)，底部接有5～100個(gè)狹長(zhǎng)的平行設(shè)置的穿過中、下兩室(2)(3)的甲烷氣通道(12)；中室(2)為氫氣室，設(shè)有一氫氣入口(21)，底部與甲烷氣通道(12)相間接有6～101個(gè)狹長(zhǎng)的穿過下室(3)的氫氣通道(22)；下室(3)為水冷室，設(shè)有進(jìn)水口(31)和出水口(32)；熱絲(4)正對(duì)氫氣通道(22)。
上述甲烷氣通道(12)還可凸出于器壁外，熱絲(4)陷入相鄰兩甲烷氣通道(12)之間，氫氣通道(22)出口距熱絲(4)間距在3～5mm。
下面結(jié)合附圖通過實(shí)施例詳述本發(fā)明。
附

圖1為氣體分配器的結(jié)構(gòu)示意圖附圖2為氣體分配器結(jié)構(gòu)A-A剖示圖附圖3為氣體分配器結(jié)構(gòu)B-B剖示圖實(shí)施例1所用設(shè)備氣體分配器結(jié)構(gòu)見附圖，采用HFCVD沉積金剛石膜，在其所用的氣體分配器中，共有氫氣通道11個(gè)，各自寬1mm，長(zhǎng)110mm；甲烷通道10個(gè)，各自寬1mm，長(zhǎng)100mm。生長(zhǎng)面積100×100mm。
氫氣通道出口平面至鎢絲加熱器平面距離為3-5mm。氣體總流量20SLM。鎢絲直徑2mm，鎢絲間距10mm。試樣至鎢絲加熱器距離5-20mm。鎢絲加熱溫度2200～2400℃。鎢絲連續(xù)加熱壽命超過1000小時(shí)，鎢絲多次加熱累計(jì)壽命超過600小時(shí)。金剛石膜均勻優(yōu)質(zhì)生長(zhǎng)速率達(dá)到40μm/h以上。
實(shí)施例2采用HFCVD沉積金剛石膜，在其所用的氣體分配器中，共有氫氣通道21個(gè)，各自寬1mm，長(zhǎng)210mm；甲烷通道20個(gè)，各自寬1mm，長(zhǎng)200mm。生長(zhǎng)面積200×200mm。
氫氣通道出口平面至鎢絲加熱器平面距離為3-5mm。氣體總流量20SLM。鎢絲直徑2mm，鎢絲間距10mm。試樣至鎢絲加熱器距離5-20mm。鎢絲加熱溫度2200-2400℃。鎢絲連續(xù)加熱壽命超過1000小時(shí)，鎢絲多次加熱累計(jì)壽命超過600小時(shí)。金剛石膜均勻優(yōu)質(zhì)生長(zhǎng)速率達(dá)到40μm/h以上。
權(quán)利要求
1.一種大面積高速度熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石的方法，采用通常的氫與甲烷的比例，甲烷占總流量的1-1.5％，混合氣體流量10～200SCCM/cm2；保持反應(yīng)區(qū)溫度在2000～2600℃，其特征在于將氫氣對(duì)準(zhǔn)鎢絲，甲烷氣對(duì)準(zhǔn)兩根鎢絲之間的空檔均勻地吹入反應(yīng)區(qū)。
2.按權(quán)利要求1所述大面積高速度熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石的方法，其特征在于向兩根鎢絲之間送入的甲烷氣中還可以混有氫氣，氫氣的量占?xì)錃饪傆昧?0％以下。
3.一種專用于權(quán)利要求1，2所述大面積高速度熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石的設(shè)備，包括真空系統(tǒng)，帶熱絲加熱器的反應(yīng)室，電控等部分，其特征在于在熱絲加熱器上方設(shè)置一氣體分配器，氣體分配器分割為上、中、下三個(gè)密閉的室；上室(1)為甲烷氣室，設(shè)有一甲烷氣入口(11)，底部接有5～100個(gè)狹長(zhǎng)的平行設(shè)置的穿過中、下兩室(2)(3)的甲烷氣通道(12)；中室(2)為氫氣室，設(shè)有一氫氣入口(21)，底部與甲烷氣通道(12)相間接有6～101個(gè)狹長(zhǎng)的穿過下室(3)的氫氣通道(22)；下室(3)為水冷室，設(shè)有進(jìn)水口(31)和出水口(32)；熱絲(4)正對(duì)氫氣通道(22)。
4.按權(quán)利要求3所述大面積高速度熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石設(shè)備，其特征在于所述甲烷氣通道(12)凸出于器壁外，熱絲(4)陷入相鄰兩甲烷氣通道(12)之間，氫氣通道(22)出口距熱絲(4)間距在3～5mm。
全文摘要
一種大面積高速度熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石的方法，采用通常的氫與甲烷的比例，甲烷占總流量的1-1.5％，混合氣體流量10～200SCCM/cm
文檔編號(hào)C23C16/26GK1160089SQ9611516
公開日1997年9月24日 申請(qǐng)日期1996年3月20日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月20日
發(fā)明者聞立時(shí), 黃榮芳, 陳廣超 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所