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专利号: 2017113539682
申请人: 武汉工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-17
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于头发丝作为碳源使用MPCVD法生长单晶金刚石的方法,其特征在于,包含如下步骤:

步骤一、提供生产单晶金刚石的合成装置和固定样品台,具体为两台微波等离子体化学气相沉积装置,两台微波等离子体化学气相沉积装置均含有反应腔体,第一微波等离子体化学气相沉积装置使用固定样品台,第二微波等离子体化学气相沉积装置使用普通基片台,两台微波等离子体化学气相沉积装置通过真空管道和气体纯化装置相连通;两台微波等离子体化学气相沉积装置均含有反应腔体,该反应腔体的内部环境为真空环境;

步骤二、将头发丝织成直径为1~2mm的头发束,插入固定样品台上的插口之中,将插有头发束的固定样品台放入第一微波等离子体化学气相沉积装置的反应腔体内,将氢气通入第一微波等离子体化学气相沉积装置的反应腔体内,调节微波功率产生氢等离子体,利用等离子体使头发丝气化形成气体混合物;

步骤三、将步骤二中第一微波等离子体化学气相沉积装置的反应腔体内的气体混合物收集并利用气体纯化装置进行纯化,通过真空管道输送到第二微波等离子体化学气相沉积装置的反应腔体内;

步骤四、利用纯化后的气体为和氢气混合后作为气体原料,利用微波等离子体化学气相沉积法在天然单晶金刚石样品上沉积单晶金刚石,沉积完成后,取出样品即为单晶金刚石产品。

2.如权利要求1所述的基于头发丝作为碳源使用MPCVD法生长单晶金刚石的方法,其特征在于:所述步骤一中,提供生产单晶金刚石的合成装置和固定样品台,具体为第一微波等离子体化学气相沉积装置( 6) 的进气口和第二微波等离子体化学气相沉积装置( 5) 的出气口通过真空管道( 4) 连接,在真空管道( 4) 上设置净化装置( 3) ,第一真空泵( 1) 连接第一微波等离子体化学气相沉积装置( 6) ,第二真空泵( 2) 连接第二微波等离子体化学气相沉积装置( 5) 。

3.如权利要求1所述的基于头发丝作为碳源使用MPCVD法生长单晶金刚石的方法,其特征在于:所述步骤一中,第一微波等离子体化学气相沉积装置中的固定样品台直径为2~

5cm,插口直径为2~3mm,插口均匀等距排布在固定样品台表面。

4.如权利要求1所述的基于头发丝作为碳源使用MPCVD法生长单晶金刚石的方法,其特征在于:所述步骤二中,使用的氢气为气体纯度为99.999%的高纯氢气,输入的微波功率为

800~5000W,气体流量为300~400sccm,气压为14~20kPa,灼烧温度为500~800℃。

5.如权利要求1所述的基于头发丝作为碳源使用MPCVD法生长单晶金刚石的方法,其特征在于:所述步骤三中,纯化后的气体的碳原子、氢原子和氧原子的质量占气体质量的比超过99.99%。

6.如权利要求1所述的基于头发丝作为碳源使用MPCVD法生长单晶金刚石的方法,其特征在于:所述步骤三具体为,将第一微波等离子体化学气相沉积装置( 6) 的反应腔体内的气体混合物收集并利用气体纯化装置( 3) 进行纯化,两台微波等离子体化学气相沉积装置之间的连通通过不锈钢气管进行联通,第一微波等离子体化学气相沉积装置( 6) 的进气口与第二微波等离子体化学气相沉积装置( 5) 的出气口相联通;首先,使用第二真空泵( 2) 对第二微波等离子体化学气相沉积装置( 5) 进行抽真空处理,激发形成等离子体后,关闭第二真空泵( 2) ,改用第一真空泵( 1) 来维持装第二微波等离子体化学气相沉积装置( 5) 和第一微波等离子体化学气相沉积装置( 6) 的真空环境;工作气体在第二微波等离子体化学气相沉积装置( 5) 产生后由于第一真空泵( 1) 的吸附作用从而通过管道向第一微波等离子体化学气相沉积装置( 6) 移动进行金刚石的沉积;反应时第二微波等离子体化学气相沉积装置( 5) 和第一微波等离子体化学气相沉积装置( 6) 是相连通的,真空环境都由第一真空泵( 1) 来维持;经过净化装置( 3) 纯化后的气体通过真空管道( 4) 输送到第二微波等离子体化学气相沉积装置( 5) 的反应腔体内。

7.如权利要求1所述的基于头发丝作为碳源使用MPCVD法生长单晶金刚石的方法,其特征在于:所述步骤四中,纯化后气体流量为10~20sccm,氢气流量为300~400sccm,微波功率为1000~2000W,气体压强为16~25kPa,温度为800~1000℃。