專(zhuān)利名稱(chēng)：一種金剛石晶圓及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金剛石產(chǎn)品及其生產(chǎn)方法，特別是涉及一種利用現(xiàn)有的廉價(jià)工業(yè) 金剛石磨料生產(chǎn)金剛石晶圓及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
金剛石作為一種超級(jí)材料，具有獨(dú)一無(wú)二的特性，和其他材料相比具有以下特點(diǎn) (1)硬度高是世界上已知的硬度最高的物質(zhì)，金剛石的顯微硬度是90GPa; (2)楊氏模量最 大金剛石的楊氏模量約為IlOOGPa ； (3)熱導(dǎo)率最高室溫下IIa型天然金剛石的熱導(dǎo)率 為20W/ (cm. K);人造寶石級(jí)金剛石可以達(dá)到甚至超過(guò)IIa型天然金剛石的熱導(dǎo)率；同位素 純碳(C12為99. 9%)的人造大顆粒單晶金剛石的熱導(dǎo)率可以達(dá)到33 W/ (cm. K); (4)摩 爾密度最大金剛石的摩爾密度為0. 293克原子/cm3 ； (5)傳聲速度最快聲音在金剛石內(nèi) 的傳輸速度為18. 2km/s ； (6)透波波段最寬IIa型天然金剛石的透波波段從200nm的紫 外光、可見(jiàn)光、紅外光(2. 5 7. Sum除外)、遠(yuǎn)紅外光直至微波，人造金剛石和天然金剛石類(lèi) 似；(7)禁帶寬度最大的半導(dǎo)體金剛石的禁帶寬度為5. 5eV0
另外，金剛石還具有最低摩擦系數(shù)、最強(qiáng)抗壓系數(shù)、光電轉(zhuǎn)換系數(shù)最高、尖利度最 大以及耐酸堿腐蝕、高耐熱性、負(fù)陰電性和低膨脹系數(shù)等特征，在很多性能上超越傳統(tǒng)材 料，在許多應(yīng)用領(lǐng)域里金剛石將成為不可替代的最高性能的物質(zhì)，因此金剛石不僅是寶石 之王，更是材料之王。
金剛石晶體的四面體共價(jià)鍵晶格結(jié)構(gòu)和主要半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)完全相同，包括 Si、SiC、GaAs, GaN, GaP等，但因金剛石的原子比其它半導(dǎo)體小的多，因此金剛石晶格最緊 密，這就是為什么金剛石硬度最高、散熱速度最快，而且傳聲速度最大的根本原因。金剛石 密集的四面體晶格結(jié)構(gòu)不僅使它成為最好的散熱片，它自身也可以成為速度最快的半導(dǎo) 體。金剛石半導(dǎo)體有比其它半導(dǎo)體更優(yōu)異的性能，如500°C高溫下仍能正常運(yùn)轉(zhuǎn)；晶體管 的密度比硅半導(dǎo)體高數(shù)倍，能夠成為未來(lái)超速(如>100GHz)、超高能O100W)電腦的終極芯 片。
目前人工合成的工業(yè)金剛石，從性能上說(shuō)已經(jīng)達(dá)到和超越了天然金剛石的所有性 能，但是尺寸太小(絕大部分在0. 6mm及以下)，目前只能作為工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的超級(jí)磨料，這 僅利用了金剛石硬度高的特點(diǎn)，已經(jīng)大量應(yīng)用于各種材料的鋸切、非黑色金屬加工和研磨 拋光、地質(zhì)鉆探等領(lǐng)域。
如果金剛石的尺寸足夠大，除了可應(yīng)用在機(jī)械領(lǐng)域外，還可應(yīng)用在電子領(lǐng)域(如電 腦的終極芯片)、光學(xué)領(lǐng)域(如大功率LED、激光武器的窗口)、輻射領(lǐng)域(如X光的視窗)、聲學(xué) 領(lǐng)域(如高保真的喇叭膜)、通訊領(lǐng)域(如寬頻的濾波器)、熱學(xué)領(lǐng)域(如高速的散熱片)、光伏 電池(如高效率的太陽(yáng)能電池)、醫(yī)學(xué)(如超滑的人工關(guān)節(jié)、腦外科和眼外科手術(shù)刀)、航空航 天(航天頭盔鍍層、航天陀螺儀加工)等領(lǐng)域。
當(dāng)前世界各國(guó)的大顆粒工業(yè)金剛石生產(chǎn)主要以靜壓晶種法和化學(xué)氣象沉積法為 主，前者生長(zhǎng)速度緩慢，導(dǎo)致成本高昂，不能被工業(yè)界所接受；后者生長(zhǎng)的金剛石膜基本是多晶結(jié)構(gòu)，并且摻雜困難，同時(shí)還有成本高昂的問(wèn)題也限制了它的應(yīng)用范圍。
綜上所述，探索新的方法制造性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉的新型金剛石單晶產(chǎn)品，對(duì)全方 位開(kāi)發(fā)金剛石的各項(xiàng)獨(dú)特性能，推動(dòng)中國(guó)工業(yè)鉆石全方位的應(yīng)用，有著非常重要的意義。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題提供一種金剛石晶圓及其生產(chǎn)方法，解決了目前金剛 石的尺寸較小、應(yīng)用范圍小、成本較高的問(wèn)題，為開(kāi)發(fā)金剛石的各項(xiàng)獨(dú)特性能提供了技術(shù)平臺(tái)。
本發(fā)明的技術(shù)方案一種金剛石晶圓，其中的非金剛石物質(zhì)的含量占金剛石晶圓 總質(zhì)量的0. 05 15%。
一種金剛石晶圓的生產(chǎn)方法，包括以下步驟先用有機(jī)化合物對(duì)金剛石磨料進(jìn)行 表面包覆處理，將處理后的金剛石磨料緊密規(guī)則平鋪在模具中，表面用金屬催化劑覆蓋后 壓緊，然后放入真空爐中，在40(T100(TC的高溫下熱處理2 10h，將處理后的模具裝入葉蠟 石合成塊中，將葉蠟石合成塊放入人造金剛石六面頂壓機(jī)中，在6 8GPa、1400 2000°C的 高壓高溫下處理1 10h，停熱卸壓后取出模具，用王水除去模具和金剛石表面的金屬催化 劑，即得到所述的金剛石晶圓。
所述金剛石磨料是晶型六八面體的金剛石磨料，粒度為0. 2 2mm ；所述金屬催化 劑為鐵、釕、鈀、鈷、鎳、鉻、錳、銅中的一種，或它們的組合。
所述金屬催化劑為鐵、鎳質(zhì)量比為3 7的鐵鎳合金片；或者為鎳錳鈷合金片，其中 鎳、錳、鈷的質(zhì)量含量分別為70%、25%、5%。
金屬催化劑組合是按不同百分比進(jìn)行冶煉后制成薄片狀合金片。催化劑的作用主 要是促進(jìn)金剛石磨粒之間的融合，使單個(gè)的顆粒最后連接成一個(gè)整體。
所述表面包覆處理是采用電動(dòng)攪拌或者超聲分散的方法，使金剛石磨料均勻分散 于有機(jī)化合物溶液形成的分散介質(zhì)中，形成穩(wěn)定的懸浮液，然后將金剛石磨料從懸浮液中 分離出來(lái)，進(jìn)行干燥；所述有機(jī)化合物為高級(jí)脂肪酸及其鹽、脂類(lèi)化合物、胺類(lèi)、高分子聚合 物或非離子表面活性劑中的一種，或它們的組合。
所述模具是由耐高溫金屬制成的，耐高溫金屬為鉻、鉬、鎢或鈦中的一種或它們的 組合；所述真空爐的真空度為0. 1 0. OOOlI^a。
其中的金剛石磨料主要采用便宜的國(guó)產(chǎn)工業(yè)金剛石，晶型以六八面體為主，經(jīng)過(guò) 篩分選型處理的粒度一致、晶型一致的工業(yè)金剛石。
人造金剛石六面頂壓機(jī)，是指人造金剛石行業(yè)通用的460mm及以上缸徑的人造金 剛石六面頂壓機(jī)。
本發(fā)明的積極有益效果1、本發(fā)明得到的產(chǎn)品金剛石晶圓，作為一種全新的材料，具有金剛石單晶的絕大部分 性能，如硬度、楊氏模量、熱導(dǎo)率、摩爾密度、傳聲速度、透波波段、禁帶寬度等方面均和金剛 石單晶相當(dāng)，并且性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉，為開(kāi)發(fā)金剛石的各項(xiàng)獨(dú)特性能提供了技術(shù)平臺(tái)。
2、本發(fā)明的金剛石晶圓產(chǎn)品尺寸較大，目前試驗(yàn)的尺寸以直徑13mm為主，最大可 以合成直徑^mm的金剛石晶圓，為全面開(kāi)發(fā)金剛石單晶制品提供了最基本的材料基礎(chǔ)。而 人工大規(guī)模合成的工業(yè)金剛石大小僅為0. 1 2mm，應(yīng)用范圍有限。
3、本發(fā)明的金剛石晶圓可作為一種高性能的散熱材料，解決了目前各種高性能芯 片散熱片體積過(guò)大的問(wèn)題。用作散熱片的金剛石晶圓，初步測(cè)量熱導(dǎo)率可以達(dá)到10-12W/ (cm. K)，該熱導(dǎo)率是銅的三倍、鋁的五倍，導(dǎo)熱性能良好。
4、本發(fā)明的金剛石晶圓為研究新型太陽(yáng)能光伏電池提供了一個(gè)廉價(jià)平臺(tái)，低耗能 的金剛石晶圓將有超過(guò)60%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率，而高耗能的多晶硅僅有20%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化 效率，本發(fā)明可大幅度提高太陽(yáng)能光伏電池的轉(zhuǎn)化效率，有利于充分利用太陽(yáng)能資源，減少 碳排放，對(duì)于保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。
5、本發(fā)明為高性能的半導(dǎo)體芯片提供了材料平臺(tái)，將大幅度提高半導(dǎo)體芯片的二 極管集成密度，使未來(lái)超級(jí)計(jì)算機(jī)的體積縮小到個(gè)人電腦水平，使每秒運(yùn)行上千億次的個(gè) 人電腦成為可能，并且運(yùn)行穩(wěn)定性大幅度增加。
6、本發(fā)明的金剛石晶圓產(chǎn)品，采用成熟的化學(xué)處理手段和高溫高壓處理方法，通 過(guò)控制工藝參數(shù)可得到不同性能的產(chǎn)品，質(zhì)量穩(wěn)定，設(shè)備投入較低，成本低廉，經(jīng)濟(jì)效益較 好，值得推廣應(yīng)用。


圖1 葉蠟石合成塊的組裝結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2 金剛石晶圓的生成過(guò)程示意圖。
圖2中，順著箭頭方向，依次表示金剛石的結(jié)構(gòu)、金剛石的結(jié)合生長(zhǎng)、金剛石的界 面消除和得到金剛石晶圓結(jié)構(gòu)的過(guò)程。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 一種金剛石晶圓及其生產(chǎn)方法將經(jīng)過(guò)篩分選型后的六八面體金剛石磨料，準(zhǔn)確稱(chēng)取70-80目(0. 2mm左右)規(guī)格的金 剛石磨料10g，置于IOOOml燒瓶中，加入洲的油酸三乙醇胺的水溶液800ml，采用超聲分散 使金剛石磨料均勻分散于分散介質(zhì)中，形成穩(wěn)定分散的懸浮液。
采用負(fù)壓(0 0. IPa)將金剛石磨料從懸浮液中分離出來(lái)，放入瓷質(zhì)坩堝中，用電 熱干燥箱在80 110°C干燥3 他，使金剛石磨料表面基本被分散介質(zhì)均勻覆蓋；然后將 金剛石磨料置于干凈的鉻杯模具中(鉻杯模具厚度0. 13cm)，通過(guò)一個(gè)和鉻杯內(nèi)徑相同的壓 頭將金剛石磨料緊密排列壓緊，在金剛石層上覆蓋一片鐵鎳合金片催化劑(合金片中鐵、鎳 質(zhì)量比為3 :7)，再扣上一個(gè)鉻杯，用手動(dòng)杠桿壓力機(jī)壓緊(壓密實(shí)至壓不動(dòng)為止)。
將壓緊后裝有金剛石磨料和鐵鎳合金片的鉻杯送入真空爐中，邊加熱邊抽真空， 加熱至1000°c，保持真空度在0. OOlPa左右，在此真空下保溫8h，停熱冷卻后取出鉻杯。
將經(jīng)過(guò)真空處理后的鉻杯放入葉蠟石合成塊中，裝入六面頂壓機(jī)進(jìn)行合成，葉蠟 石合成塊的組裝結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖1。
圖1中，葉蠟石塊的作用是傳壓、保溫、絕緣和隔熱耐熱；石墨管、石墨片的作用主 要是發(fā)熱，為金剛石晶圓的生長(zhǎng)提供所需要的溫度；鹽管、鹽片為金剛石晶圓的生長(zhǎng)提供等 靜壓環(huán)境；導(dǎo)電鋼圈主要起導(dǎo)電、密封和傳壓作用。
將葉蠟石塊加壓到8. OGPa，通入電流，在2 IOKw的合成功率范圍內(nèi)控制溫度為 1800-2000°C，持續(xù)加熱3 6h，然后停熱卸壓，取出鉻杯；將鉻杯放入加熱至煮沸的王水 中，溶解去除鉻杯和金剛石表面的催化劑合金，最后用清水沖洗干凈，得到用于太陽(yáng)能光伏 電池基材的金剛石晶圓。本例中金剛石晶圓中非金剛石物質(zhì)含量占金剛石晶圓總重的3 54%，在王水中處理時(shí)間為4 5h。
本例中的鉻杯模具在高溫高壓催化下，模具中的金剛石磨料已經(jīng)全部鏈接為一個(gè) 整體，顆粒之間的界線除四個(gè)邊角之外已經(jīng)消失，構(gòu)成的晶圓在透光性和傳熱性方面基本 具備了單晶的性能，可以作為太陽(yáng)能光伏電池最好的基材。晶圓上各金剛石顆粒的四個(gè)邊 角位置含有非金剛石物質(zhì)(石墨、鎳、鐵等雜質(zhì))。金剛石晶圓的生成過(guò)程參見(jiàn)圖2。
若將上述葉蠟石塊加壓到8. OGPa，通入電流，在2 IOKw的合成功率范圍內(nèi)，控 制溫度為1500-1700°C，持續(xù)加熱1 3h，然后停熱卸壓，取出鉻杯，將鉻杯放入煮沸的王水 中，溶解去除鉻杯和金剛石表面的催化劑合金，最后用清水沖洗干凈，得到用于散熱的高性 能金剛石散熱片。本例中金剛石散熱片中非金剛石物質(zhì)含量占產(chǎn)品總重的10 15%，在王 水中處理的時(shí)間為3 4h。
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的加熱，催化劑能夠?qū)⒔饎偸チｉg接觸面上的金剛石溶解后再析 出，從而將各個(gè)磨粒逐漸鏈接成一個(gè)整體，時(shí)間越長(zhǎng)，連接的越完整，得到的金剛石晶圓與 單晶金剛石的性能就越接近，導(dǎo)熱性能和光電轉(zhuǎn)換效能也越高。
若將上述葉蠟石塊鉻杯中的普通金剛石磨料更換成含硼、氮的半導(dǎo)體金剛石磨 料，加壓到8. OGPa，通入電流，在2 IOKw的合成功率范圍內(nèi)，控制溫度為1600-1700°C，持 續(xù)加熱5 10h，然后停熱卸壓，取出鉻杯，將鉻杯放入加熱的王水中，溶解去除鉻杯和金剛 石表面的催化劑合金，最后用清水沖洗干凈，得到用于半導(dǎo)體芯片的金剛石晶圓。本例中金 剛石晶圓中非金剛石物質(zhì)含量占產(chǎn)品總重的0. 05 3%，在王水中處理的時(shí)間為4 證。
實(shí)施例2 —種金剛石晶圓及其生產(chǎn)方法將經(jīng)過(guò)篩分選型后的六八面體金剛石磨料，準(zhǔn)確稱(chēng)取35-40目(0. 45mm左右)規(guī)格的金 剛石磨料10g，置于IOOOml燒瓶中，加入5%的硬脂酸乙醇溶液800ml，采用超聲分散使金剛 石磨料均勻分散于分散介質(zhì)中，形成穩(wěn)定分散的懸浮液。采用負(fù)壓過(guò)濾的辦法將金剛石磨 料從懸浮液中分離出來(lái)，放入瓷質(zhì)坩堝中，將瓷質(zhì)坩堝在電熱干燥箱中在100°C時(shí)干燥證， 脫除分散介質(zhì)；然后將金剛石磨料置于鉬杯中，通過(guò)一個(gè)壓頭將金剛石磨料壓緊，在金剛石 層上覆蓋一片鎳錳鈷合金片作為催化劑(合金片中鎳占70%、錳占25%、鈷占5%)，然后再扣 上一個(gè)鉬杯，用杠桿壓力機(jī)壓緊。
將壓緊后的裝有金剛石磨料和催化劑合金的鉬杯送入真空爐，邊抽真空邊加熱， 至溫度達(dá)到800°C、真空度0. OOOlPa時(shí)，保溫他，停熱冷卻后取出鉬杯。
將經(jīng)過(guò)真空處理后的鉬杯放入葉蠟石合成塊中，裝入六面頂壓機(jī)中進(jìn)行合成。
將葉蠟石塊加壓到7. OGPa，通入電流，在2 IOKw的合成功率范圍內(nèi)，控制溫度 為1800-2000°C，持續(xù)加熱2 證，然后停熱卸壓，取出鉬杯，將鉬杯放入加熱的王水中處理 3 4h，得到用于太陽(yáng)能光伏電池基材的金剛石晶圓。其中非金剛石物質(zhì)含量占產(chǎn)品總重 的5 8%。
若將本例中的葉蠟石塊加壓到7. OGPa，通入電流，在2 IOKw的合成功率范圍內(nèi)， 控制溫度為1400-1500°C，持續(xù)加熱1 3h，然后停熱卸壓，取出鉬杯，經(jīng)王水中處理3 4h，溶解去除鉬杯和金剛石表面的催化劑合金，得到用于散熱的高性能金剛石散熱片，其中 非金剛石物質(zhì)含量占產(chǎn)品總重的10 12%。
若將本例中葉蠟石塊鉬杯中的普通金剛石磨料更換成含硼、氮的半導(dǎo)體金剛 石磨料，然后加壓到7. OGPa,通入電流，在2 IOKw的合成功率范圍內(nèi)，控制溫度為1600-1700°C，持續(xù)加熱7 9h，然后停熱卸壓，取出鉬杯，經(jīng)王水處理4 證，得到用于半 導(dǎo)體芯片的金剛石晶圓。其中非金剛石物質(zhì)含量占產(chǎn)品總重的1 1。
實(shí)施例3 —種金剛石晶圓及其生產(chǎn)方法將經(jīng)過(guò)篩分選型后的六八面體金剛石磨料，準(zhǔn)確稱(chēng)取18-20目(0. 9mm左右)規(guī)格的 金剛石磨料10g，置于IOOOml燒瓶中，加入5%聚丙烯酸銨水溶液400ml和21的聚氧乙烯 (20)失水山梨醇單硬脂酸酯(吐溫-60)水溶液400ml，采用電動(dòng)攪拌的辦法使金剛石磨料 均勻分散于介質(zhì)中，形成穩(wěn)定分散的懸浮液，然后加入5%的草酸水溶液20ml破壞懸浮液使 其絮凝沉降、離心脫水、干燥，然后置于真空高溫爐中，在真空條件(<10帕)下于500°C時(shí)處 理4h，脫除分散介質(zhì)，然后置于鋯杯中，通過(guò)一個(gè)壓頭將金剛石緊密排列壓緊后，在金剛石 層上覆蓋一片鐵鎳鈷合金片，再扣上一個(gè)鋯杯，用杠桿壓力機(jī)壓緊。
將壓緊后的裝有金剛石和催化劑合金的鋯杯送入真空爐中，邊抽真空邊加熱，加 熱至850°C，真空度為0. OOlPa左右，保溫證，停熱冷卻后取出。
將經(jīng)過(guò)真空處理的鋯杯放入葉蠟石合成塊中，裝入六面頂壓機(jī)進(jìn)行合成。
將葉蠟石塊加壓到6. OGPa，通入電流，在2 IOKw的合成功率范圍內(nèi)，控制溫度 1800-1850°C，持續(xù)加熱1 證，然后停熱卸壓，取出鋯杯，經(jīng)加熱的王水處理3 4h，得到 用于太陽(yáng)能光伏電池基材的金剛石晶圓。其中非金剛石物質(zhì)含量占產(chǎn)品總重的7 9%。
若將葉蠟石塊加壓到6. 5GPa，通入電流，在2 IOKw的合成功率范圍內(nèi)，控制溫 度為1600-1700°C，持續(xù)加熱1 池，然后停熱卸壓，取出鋯杯，放入加熱的王水中處理3 3. ，最后得到用于散熱的高性能金剛石散熱片。其中非金剛石物質(zhì)含量占產(chǎn)品總重的 12 14%。
若將葉蠟石塊里面鋯杯中的普通金剛石磨料更換成含硼、氮的半導(dǎo)體金剛石磨 料，加壓到7. OGPa,通入電流，在2 IOKw的合成功率范圍內(nèi)，控制溫度1800-2000°C，持續(xù) 加熱3 6h，停熱卸壓，取出鋯杯，放入加熱的王水中處理4 證，最后得到用于半導(dǎo)體芯 片的金剛石晶圓。其中非金剛石物質(zhì)含量占產(chǎn)品總重的0. 1 1%。
實(shí)施例4 一種金剛石晶圓及其生產(chǎn)方法將經(jīng)過(guò)篩分選型后的六八面體金剛石磨料，準(zhǔn)確稱(chēng)取10-12目(2. Omm左右)的金剛石 磨料10g，置于IOOOml燒瓶中，加入洲的油酸三乙醇胺的水溶液800ml，采用超聲分散使金 剛石磨料均勻分散于分散介質(zhì)中，形成穩(wěn)定分散的懸浮液；采用負(fù)壓過(guò)濾將金剛石磨料從 懸浮液中分離出來(lái)，將金剛石磨料放入瓷質(zhì)坩堝，經(jīng)電熱干燥箱110°C時(shí)干燥他，脫除分散 介質(zhì)，然后置于鋯杯中，通過(guò)一個(gè)壓頭將金剛石緊密排列壓緊后，在金剛石層上覆蓋一片鐵 鎳合金片，再扣上一個(gè)鋯杯，用杠桿壓力機(jī)壓緊。
將壓緊后的裝有金剛石和催化劑合金的鋯杯送入真空爐，邊抽真空邊加熱，加熱 至500°C，真空度為0. OlPa左右，在此真空下保溫證，停熱冷卻后取出。
將經(jīng)過(guò)真空處理后的鋯杯放入葉蠟石合成塊中，裝入六面頂壓機(jī)進(jìn)行合成。
將葉蠟石塊加壓到7. 5GPa，通入電流，在2 IOKw的合成功率范圍內(nèi)，控制溫度 為1500-15501，持續(xù)加熱3 411，然后停熱卸壓，取出鋯杯，放入加熱的王水中處理3.5 4h，得到用于太陽(yáng)能光伏電池基材的金剛石晶圓。其中非金剛石物質(zhì)含量占產(chǎn)品總重的 4 6%。
若將葉蠟石塊加壓到8. OGPa，通入電流，在2 IOKw的合成功率范圍內(nèi)，控制溫度為1900-1950°C，持續(xù)加熱1 池，然后停熱卸壓，取出鋯杯，放入加熱的王水中處理3 4h，最后得到用于散熱的高性能金剛石散熱片。其中非金剛石物質(zhì)含量占產(chǎn)品總重的13 15%。
若將葉蠟石塊里面鋯杯中的普通金剛石磨料更換成含硼、氮的半導(dǎo)體金剛石，然 后加壓到8. OGPa，通入電流，在2 IOKw的合成功率范圍內(nèi)，控制溫度為1600_1680°C，持 續(xù)加熱3 5h，然后停熱卸壓后取出鋯杯，放入加熱的王水中處理4 5h，最后得到用于半 導(dǎo)體芯片的金剛石晶圓。其中非金剛石物質(zhì)含量占產(chǎn)品總重的0. 05 0. 5%。
權(quán)利要求
1.一種金剛石晶圓，其特征是所述金剛石晶圓中非金剛石物質(zhì)的含量占金剛石晶圓 總質(zhì)量的0. 05 15%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述金剛石晶圓，其特征是所述金剛石晶圓是通過(guò)以下方法生產(chǎn) 的先用有機(jī)化合物對(duì)金剛石磨料進(jìn)行表面包覆處理，將處理后的金剛石磨料緊密規(guī)則平 鋪在模具中，表面用金屬催化劑覆蓋后壓緊，然后放入真空爐中，在40(Ti00(rc的高溫下熱 處理2 10h，將處理后的模具裝入葉蠟石合成塊中，將葉蠟石合成塊放入人造金剛石六面頂 壓機(jī)中，在6 8GPa、1400 2000°C的高壓高溫下處理1 10h，停熱卸壓后取出模具，用 王水除去模具和金剛石表面的金屬催化劑，即得到所述的金剛石晶圓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述金剛石晶圓，其特征是所述金剛石磨料是晶型六八面體的金 剛石磨料，粒度為0.2 2mm;所述金屬催化劑為鐵、鎳質(zhì)量比3 :7的鐵鎳合金片；或者為鎳 錳鈷合金片，其中鎳、錳、鈷的質(zhì)量含量分別為70%、25%、5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述金剛石晶圓，其特征是所述非金剛石物質(zhì)為石墨、鐵、鎳或鈷 中的一種或多種；所述模具由鉻、鉬、鎢或鈦制成的，或由它們的組合制成；所述真空爐的 真空度為0. 0001 0. IPa0
5.一種金剛石晶圓的生產(chǎn)方法，其特征是該方法包括以下步驟先用有機(jī)化合物對(duì) 金剛石磨料進(jìn)行表面包覆處理，將處理后的金剛石磨料緊密規(guī)則平鋪在模具中，表面用金 屬催化劑覆蓋后壓緊，然后放入真空爐中，在40(T100(TC的高溫下熱處理2 10h，將處理后 的模具裝入葉蠟石合成塊中，將葉蠟石合成塊放入人造金剛石六面頂壓機(jī)中，在6 8GPa、 1400 2000°C的高壓高溫下處理1 10h，停熱卸壓后取出模具，用王水除去模具和金剛石 表面的金屬催化劑，即得到所述的金剛石晶圓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生產(chǎn)方法，其特征是所述金剛石磨料是晶型六八面體的金 剛石磨料，粒度為0. 2 2mm ；所述金屬催化劑為鐵、釕、鈀、鈷、鎳、鉻、錳、銅中的一種，或它 們的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生產(chǎn)方法，其特征是所述金屬催化劑為鐵、鎳質(zhì)量比為37 的鐵鎳合金片；或者為鎳錳鈷合金片，其中鎳、錳、鈷的質(zhì)量含量分別為70%、25%、5%。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生產(chǎn)方法，其特征是所述表面包覆處理是采用電動(dòng)攪拌或 者超聲分散的方法，使金剛石磨料均勻分散于有機(jī)化合物溶液形成的分散介質(zhì)中，形成穩(wěn) 定的懸浮液，然后將金剛石磨料從懸浮液中分離出來(lái)，進(jìn)行干燥；所述有機(jī)化合物為高級(jí)脂 肪酸及其鹽、脂類(lèi)化合物、胺類(lèi)、高分子聚合物或非離子表面活性劑中的一種，或它們的組I=I ο
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生產(chǎn)方法，其特征是所述模具是由耐高溫金屬制成的，耐高 溫金屬為鉻、鉬、鎢或鈦中的一種或它們的組合；所述真空爐的真空度為0. 0001 0. IPa0
10.根據(jù)權(quán)利要求5-9任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)方法，其特征是所述金剛石晶圓中非金剛石 物質(zhì)的含量占金剛石晶圓總質(zhì)量的0. 05 15%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金剛石晶圓及其生產(chǎn)方法。金剛石晶圓中非金剛石物質(zhì)含量占金剛石晶圓總質(zhì)量的0.05~15%。生產(chǎn)方法為先用有機(jī)物對(duì)金剛石磨料進(jìn)行表面包覆處理，將處理后的金剛石磨料平鋪在模具中，表面用金屬催化劑覆蓋后壓緊，放入真空爐中，在400~1000℃熱處理2~10h，將模具裝入葉蠟石合成塊中，經(jīng)六面頂壓機(jī)在6~8GPa、1400~2000℃下處理1~10h，停熱卸壓后取出模具，用王水除去模具和表面的金屬催化劑，即得到金剛石晶圓。該產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，設(shè)備投入較低，成本低廉，晶圓尺寸較大，熱導(dǎo)率達(dá)到10-12W/(cm.K)，可作為高性能的散熱材料；還可用于太陽(yáng)能光伏電池基材和半導(dǎo)體芯片，應(yīng)用范圍廣。
文檔編號(hào)H01L21/02GK102034854SQ201010526930
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月1日
發(fā)明者汪靜, 趙仁玉 申請(qǐng)人:河南省聯(lián)合磨料磨具有限公司