申請?zhí)枺?01710327863.3
       申請人：金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院
       發(fā)明人：趙永建 張向平 許楊文

       摘要： 本發(fā)明涉及金剛石制備工藝領(lǐng)域，一種沉積制備金剛石的方法，常溫的氫氣與含碳?xì)怏w的混合氣體從鎢毛細(xì)管位于反應(yīng)器腔體之外的一端進(jìn)入，混合氣體流速范圍在10sccm至2000sccm；通入純氫氣，氫氣進(jìn)口處純氫氣流速典型值2000sccm；通冷卻水至所述冷卻水管；通氬氣至環(huán)形冷卻氣管，氬氣流速典型值400sccm；對鉬制柱面體進(jìn)行直流加熱至溫度2200K，此時環(huán)形冷卻氣管外側(cè)溫度約400K；熱耦測量鉬制柱面體溫度，并調(diào)節(jié)氬氣流速對鉬制柱面體控溫；混合氣體反應(yīng)后從鉬制柱面體出口處的噴嘴射出并進(jìn)入真空腔，其中一部分射到襯底表面，噴嘴至襯底距離8至15毫米可調(diào)；調(diào)節(jié)襯底溫度，典型值1200K；襯底上沉積產(chǎn)生金剛石薄膜，薄膜生長速率2微米/小時。        主權(quán)利要求：1.一種沉積制備金剛石的方法，裝置主要包括石英玻璃毛細(xì)管(1)、鎢毛細(xì)管(2)、冷卻氣出口(3)、鉬制柱面體(4)、電極(6)、熱耦(7)、冷卻水進(jìn)口(8)、環(huán)形冷卻氣管(9)、冷卻水管(10)、冷卻水出口(11)、反應(yīng)器腔體(12)、冷卻氣進(jìn)口(13)、氫氣進(jìn)口(14)、噴嘴(15)，工作時，所述裝置以及襯底(5)均位于一個真空腔內(nèi)；所述石英玻璃毛細(xì)管(1)外徑1.5毫米、內(nèi)徑1.2毫米并套在所述鎢毛細(xì)管(2)外，所述石英玻璃毛細(xì)管(1)的一端連接所述鉬制柱面體(4)的一端且相互之間電絕緣、另一端封閉且所述鎢毛細(xì)管(2)從其中間穿過，所述石英玻璃毛細(xì)管(1)具有連通的所述氫氣進(jìn)口(14)，所述氫氣進(jìn)口(14)位于所述反應(yīng)器腔體(12)之外；所述石英玻璃毛細(xì)管(1)內(nèi)壁與所述鎢毛細(xì)管(2)外壁之間的空間為用于通純氫氣的通道，所述石英玻璃毛細(xì)管(1)的外圍依次具有所述反應(yīng)器腔體(12)、環(huán)形冷卻氣管(9)、冷卻水管(10)，所述反應(yīng)器腔體(12)內(nèi)表面拋光成鏡面以降低其黑度、且其外側(cè)面與所述環(huán)形冷卻氣管(9)的內(nèi)側(cè)面接觸，所述環(huán)形冷卻氣管(9)的外側(cè)面與所述冷卻水管(10)的內(nèi)側(cè)面接觸，所述環(huán)形冷卻氣管(9)及所述冷卻水管(10)均是作為流體通道的橫截面為環(huán)形的管，所述環(huán)形冷卻氣管(9)內(nèi)徑5毫米、外徑15毫米、長度70毫米、且具有所述冷卻氣進(jìn)口(13)、冷卻氣出口(3)，所述環(huán)形冷卻氣管(9)中通有用于熱隔離的純氬氣且流速不超過700sccm，所述冷卻水管(10)具有所述冷卻水進(jìn)口(8)、冷卻水出口(11)，所述冷卻水管(10)中通冷卻水；所述鉬制柱面體(4)長度5毫米，所述鎢毛細(xì)管(2)由40微米厚的鎢箔制成且外徑0.5毫米、長度60毫米，所述鎢毛細(xì)管(2)一端無接觸地通入所述鉬制柱面體(4)、另一端位于所述反應(yīng)器腔體(12)之外，所述鉬制柱面體(4)與所述反應(yīng)器腔體(12)之間絕緣，所述鉬制柱面體(4)是加熱器又是主要活化劑，所述鉬制柱面體(4)處具有所述電極(6)、熱耦(7)，所述電極(6)由金屬鉬制成且分別電連接于所述鉬制柱面體(4)兩端，外接電源通過所述電極(6)對所述鉬制柱面體(4)加電流，能夠使所述鉬制柱面體(4)加熱至2200K以上，所述熱耦(7)由鎢-錸材料制成，用以測量所述鉬制柱面體(4)的溫度，通過調(diào)節(jié)所述環(huán)形冷卻氣管(9)中的氬氣流速并使其保持在恒定值，就能夠使得所述熱耦(7)尖端測溫區(qū)域的溫度僅與所述鉬制柱面體(4)的溫度相關(guān)，能夠?yàn)樗鲢f制柱面體(4)準(zhǔn)確測溫；所述襯底(5)位于所述鉬制柱面體(4)的出口外側(cè)，所述噴嘴(15)由金屬鉬制成且位于所述鉬制柱面體(4)出口處，所述噴嘴(15)有匯聚式噴嘴、發(fā)散式噴嘴，不同形狀的噴嘴可以調(diào)節(jié)射出的氣體的方向及匯聚程度，從而得到不同的沉積效果，能夠制備不同特性的金剛石樣品；其特征是：所述一種沉積制備金剛石的方法，步驟為：一.常溫的氫氣與含碳?xì)怏w的混合氣體從所述鎢毛細(xì)管(2)位于所述反應(yīng)器腔體(12)之外的一端進(jìn)入，混合氣體流速范圍在10sccm至2000sccm可調(diào)；二.純氫氣從所述氫氣進(jìn)口(14)通入，所述氫氣進(jìn)口(14)處純氫氣流速典型值2000sccm；三.從所述冷卻水進(jìn)口(8)通冷卻水至所述冷卻水管(10)；四.從所述冷卻氣進(jìn)口(13)通氬氣至所述環(huán)形冷卻氣管(9)，氬氣流速典型值400sccm；五.通過所述電極(6)對所述鉬制柱面體(4)進(jìn)行直流加熱，至溫度2200K，此時所述環(huán)形冷卻氣管(9)外側(cè)溫度約400K；六.通過所述熱耦(7)測量所述鉬制柱面體(4)溫度，并調(diào)節(jié)氬氣流速對所述鉬制柱面體(4)控溫；七.混合氣體反應(yīng)后從所述鉬制柱面體(4)出口處的所述噴嘴(15)射出并進(jìn)入真空腔，其中一部分射到所述襯底(5)表面，所述噴嘴(15)至所述襯底(5)距離8至15毫米可調(diào)；八.調(diào)節(jié)所述襯底(5)溫度，典型值1200K；九.所述襯底(5)上沉積產(chǎn)生金剛石薄膜，薄膜生長速率典型值為2微米/小時。
       2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種沉積制備金剛石的方法，其特征是：所述含碳?xì)怏w是CH4或C2H5OH或C2H6或C2H2。
       3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種沉積制備金剛石的方法，其特征是：所述混合氣體中含碳?xì)怏w所占的比例是0.5％至90％。