1.一种制备金刚石膜的装置,其采用微波等离子体化学气相沉积装置,该装置包括微波系统、真空系统、供气系统和等离子反应室,等离子反应室中设有一自旋转基片台,工作过程中微波系统产生的微波进入等离子反应室,在自旋转基片台上方激发供气系统提供的气体产生等离子体球,其特征在于:在自旋转基片台上方还设有耐高温金属圆环,该耐高温金属圆环位于等离子球内部下半部分。
2.根据权利要求1所述的制备金刚石膜的装置,其特征在于:在所述自旋转基片台四周设立一个以上非金属支架,非金属支架耐1200℃以上高温,所述耐高温金属圆环通过钨丝或钽丝与非金属支架固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的制备金刚石膜的装置,其特征在于:所述耐高温金属圆环为表面碳化处理的钨丝或者钽丝,钨丝或钽丝的直径为0.8-1.5mm。
4.一种制备金刚石膜的方法,其特征在于采用权利要求1-3任一所述装置制备,包括以下步骤:
(1)将表面脱脂处理过的基片放入等离子反应室内的自旋转基片台上,对等离子反应室抽本底真空,随后向等离子反应室中通入高纯氢气至真空度为1.0-2.0kPa的时候开启微波系统产生氢等离子体,利用微波辐射加热基片至800-1000℃,用氢等离子体对基片表面进行刻蚀处理,刻蚀时间为15min,得到表面洁净的基片;
(2)向等离子反应室中通入甲烷,在自旋转基片台上方形成等离子体球,调整微波等离子体化学气相沉积装置工艺参数使等离子体球覆盖步骤(1)所得基片表面及自旋转基片台上方的耐高温金属圆环,使金刚石在所述基片表面形核,形核时间为10-60min;
(3)调整微波等离子体化学气相沉积装置工艺参数进行金刚石膜的生长,生长时间为
10-100小时,得到厚度均匀的金刚石膜。
5.根据权利要求4所述的制备金刚石膜的方法,其特征在于:步骤(1)所述表面脱脂处理为将基片放置在研磨盘上用粒度100nm的金刚石粉研磨30分钟,然后在含有少量100nm金刚石粉的丙酮溶液中超声30min,并在丙酮中超声5min后用脱脂棉擦干。
6.根据权利要求4所述的制备金刚石膜的方法,其特征在于:所述基片为P型(100)单晶硅片。
7.根据权利要求4所述的制备金刚石膜的方法,其特征在于:步骤(2)所述微波等离子体化学气相沉积装置工艺参数为微波功率750W,等离子反应室内工作气压7.8kPa,甲烷流量5sccm,氢气流量200sccm,形核时间30min,基片温度800-850℃。
8.根据权利要求4所述的制备金刚石膜的方法,其特征在于:步骤(3)所述微波等离子体化学气相沉积装置工艺参数为微波功率800W,等离子反应室内工作气压8.8kPa,甲烷流量3sccm,氢气流量200sccm,生长时间30min,基片温度820-880℃。