專利名稱：一種熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及氣相沉積設(shè)備，特別提供了一種用熱絲化學(xué)氣相沉積法制備金剛石的設(shè)備。
氣相生長金剛石是將碳源物質(zhì)按照一定的比例與氫混合，用電阻絲加熱，微波等離子體、直流電弧等離子體、射頻放電等離子體、直流電弧等離子體射流或燃燒火焰加熱該氣體混合物，使碳源物質(zhì)分解，并以原子，離子或粒子集團(tuán)的形式，沉積在基方上，生成具有立方結(jié)構(gòu)的SP3鍵，及與天然金剛石及高溫高壓人造金剛石完全相同結(jié)構(gòu)和性能的氣相生長金剛石。目前，氣相生長金剛石現(xiàn)有各種制備工藝中的一大共同性難題是，基片表面的溫度場和流場不均，造成了局域不均勻的化學(xué)反應(yīng)條件，局域溫度過高會導(dǎo)致生成石墨，過低則會生成非晶碳；局域濃度過高會生成石墨，過低則使金剛石難以生長，總之局域不均勻的溫度、濃度及其它反應(yīng)條件會使反應(yīng)產(chǎn)物中形成許多非晶、非金剛石及其它夾雜物，嚴(yán)重影響氣相生長金剛石產(chǎn)品質(zhì)量。在現(xiàn)有各種金剛石氣相生長工藝中，熱絲化學(xué)氣相沉積法具有設(shè)備簡單，工藝參數(shù)容易控制等優(yōu)點(diǎn)。但也存在上述不均勻性問題。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石設(shè)備，可以大面積地生長優(yōu)質(zhì)金剛石。
本實(shí)用新型提供了一種熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石的設(shè)備，由反應(yīng)氣體入口2，熱絲加熱器4，樣品座7等部分構(gòu)成，其特征在于反應(yīng)氣體入口2下方安裝有氣體分配器1，氣體分配器1上部為塔式結(jié)構(gòu)，內(nèi)裝1-10層多孔節(jié)流隔板3，分配器1的下端為筒式結(jié)構(gòu)正對下方的熱絲加熱器4；熱絲加熱器4為等距平行加熱絲平面陣列，水平放置；加熱器4正下方與其垂直正交設(shè)置有等距平行的支撐絲8平面陣列；正對加熱器4下方為帶出氣孔的樣品座7；樣品座7周圍設(shè)有1-10圈輔助加熱絲6。
本實(shí)用新型由于采用精細(xì)控制技術(shù)，消除微區(qū)域內(nèi)的溫度場和流場參數(shù)的波動，以保證得到在大面積上均勻化的輻射場和溫度場，為化學(xué)氣相沉積提供均勻反應(yīng)條件，實(shí)現(xiàn)大面積熱絲化學(xué)氣相反應(yīng)生長優(yōu)質(zhì)金剛石，
以下結(jié)合附圖通過實(shí)施例詳述本實(shí)用新型附


圖1熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石設(shè)備上部結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石設(shè)備下部結(jié)構(gòu)示意圖。
實(shí)施例1.用加熱絲平面陣列電阻加熱器獲取大面積均勻溫度場。
這種加熱器4用等距平行加熱絲平面陣列制成，水平放置(圖2)。電阻加熱絲材料采用鎢、鉭或其它耐高溫電阻發(fā)熱體材料，其直徑為0.4-2mm，相鄰加熱絲之間的距離為5-10mm。加熱絲的工作溫度通常保持在2000-2600℃范圍。
在加熱器正下方，設(shè)置有等距平行的支撐絲8平面陣列，它也水平放置，并從下方支撐加熱器4，分擔(dān)其部分重量，以防止加熱絲在高溫運(yùn)行中變形。支撐絲8也用鎢、鉭或其它耐高溫電阻發(fā)熱體材料制成，其直徑應(yīng)不小于1mm。支撐絲8的排列方向應(yīng)當(dāng)垂直加熱絲，相鄰支撐絲8之間的距離為20～50mm。
2.用輔助加熱絲6擴(kuò)大均溫區(qū)。
在加熱器4正下方5-10mm距離處的平面內(nèi)，在對應(yīng)于加熱器4四個邊沿外10mm處，分別設(shè)置輔助加熱絲(圖2)，可以擴(kuò)大均溫區(qū)(指溫度起伏在5％以內(nèi)的區(qū)域)，提高均溫區(qū)面積在溫度場總面積(通常指加熱器正下方與加熱器相等的面積)中所占的比例。四根輔助加熱絲6構(gòu)成一圈。根據(jù)溫度場調(diào)節(jié)的需要，可以只加一圈，也可多加幾圈。輔助加熱絲6通常采用與加熱器4絲材相同材質(zhì)和規(guī)格的絲材做成。輔助加熱絲6的溫度一般等于或稍低于加熱器4的加熱絲溫度。
3.用氣體分配器1獲取均勻的氣流(
圖1)氣體分配器1采用了逐漸增大截面的通道，其中設(shè)置多孔節(jié)流隔板3，其功能在于造成分級壓差，以利在通道整個橫截面內(nèi)和加熱器4整個平面上形成均勻化的氣流。隔板3的數(shù)量，根據(jù)進(jìn)出口面積之比率確定。比率越大，隔板3數(shù)越多，通常為4到8塊。隔板3上鉆有均勻分布的直徑為1mm的孔。這些孔的個數(shù)決定了隔板3提供的節(jié)流通道面積。在從氣體分配器1上氣體進(jìn)口2處，到加熱器4前出口處的流動過程中，隔板3的節(jié)流通道面積逐步均勻增大，以保證氣體分配器1中氣流通道截面的均勻增長(
圖1)。
4.加熱器4與沉積基片的幾何關(guān)系。
沉積基片位于加熱器正下方5-15mm處的水平平面支座7上，通常盡可能集中在溫度場中心附近。
下面為用本設(shè)備生長金剛石時的兩個具體例子(1)由21根直徑0.4mm鎢絲，按5mm絲間距構(gòu)成的電阻加熱器，外加4根直徑0.4mm的輔助加熱絲，可提供100mm×100mm的均勻加熱面積，支撐絲直徑1mm，相互間距離20mm?；旌虾玫姆磻?yīng)氣體進(jìn)入氣體分配器，經(jīng)4層隔板及加熱器流向基片，基片至加熱器間距為10mm。當(dāng)反應(yīng)氣體流量為1.5-2.0SLM，加熱絲溫度為2000-2200℃時，可以在100mm×100mm的面積上，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)均勻沉積，并達(dá)到6μm/M的金剛石生長速率。
(2)由31根直徑1mm鎢絲，按10mm絲間距構(gòu)成的電阻加熱器，外加8根直徑1mm的輔助加熱絲，可提供300mm×300mm的均勻加熱面積，支撐絲直徑2mm，相互間距離50mm。通過氣體分配器經(jīng)8層多孔節(jié)流隔板及加熱器流向基片?；良訜崞鏖g距為10-15mm。當(dāng)反應(yīng)氣體流量為15-18SLM，加熱絲溫度為2000-2200℃時，可以在300mm×300mm的面積上，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)均勻沉積，并達(dá)到5μm/M的金剛石生長速率。
權(quán)利要求1.一種熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石的設(shè)備，由反應(yīng)氣體入口(2)，熱絲加熱器(4)，樣品座(7)等部分構(gòu)成，其特征在于反應(yīng)氣體入口(2)下方安裝有氣體分配器(1)，氣體分配器(1)上部為塔式結(jié)構(gòu)，內(nèi)裝1-10層多孔節(jié)流隔板(3)，分配器(1)的下端為筒式結(jié)構(gòu)，正對下方的熱絲加熱器(4)；熱絲加執(zhí)器(4)為等距平行加熱絲平面陣列，水平放置；加熱器(4)正下方與其垂直正交設(shè)置有等距平行的支撐絲(8)平面陣列；正對加熱器(4)下方為帶出氣孔的樣品座(7)；樣品座(7)周圍設(shè)有1-10圈輔助加熱絲(6)。
2.按權(quán)利要求1所述熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石的設(shè)備，其特征在于熱絲加熱器(4)的熱絲用鎢、鉭或其它耐高溫電阻發(fā)熱材料制成，直徑為0.4-2mm，相鄰加熱絲之間的距離為5-10mm。
3.按權(quán)利要求1所述熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石的設(shè)備，其特征在于支撐絲(8)也用鎢，鉭或其它耐高溫電阻發(fā)熱材料制備，其直徑1-10mm，間距為20-50mm。
4.按權(quán)利要求1所述熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石的設(shè)備，其特征在于節(jié)流隔板(3)通常為4到8塊。
專利摘要一種熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石的設(shè)備,由反應(yīng)氣體入口,熱絲加熱器,樣品座等部分構(gòu)成,其特征在于:反應(yīng)氣體入口下方安裝有氣體分配器,氣體分配器上部為塔式結(jié)構(gòu),內(nèi)裝1—10層多孔節(jié)流隔板,分配器的下端為筒式結(jié)構(gòu),正對下方的熱絲加熱器;熱絲加熱器為等距平行加熱絲平面陣列,水平放置;加熱器正下方與其垂直正交設(shè)置有等距平行的支撐絲平面陣列;正對加熱器下方為帶出氣孔的樣品座;樣品座周圍設(shè)有1—10圈輔助加熱絲。本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)大面積地生長優(yōu)質(zhì)金剛石。
文檔編號C23C16/46GK2283067SQ9622552
公開日1998年6月3日 申請日期1996年3月7日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月7日
發(fā)明者聞立時, 黃榮芳, 陳巖, 劉德義, 程新紅 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所