一种生长厚纳米金刚石膜的方法和设备

摘要

一种生长厚纳米金刚石膜的方法和设备，属于超硬材料生长领域。它是将含有氢气、含碳气体、惰性气体的混合气体，通过内有水冷通道的进气装置进入沉积室内，喷向热丝和衬底。对热丝阵列施以相对于衬底支撑台为正电极的下偏压，以及相对于进气装置为负电压的上偏压，使衬底沉积表面成核；对于衬底支撑台为0电压或负电压的下偏压，以及相对热丝阵列施以相对于进气装置为负电压的上偏压，使衬底沉积表面金刚石膜生长。当控制两个偏压的有无、大小、间隔时，使得金刚石的成核过程和生长过程交替进行，成核工艺与生长工艺交替进行抑制晶粒长大。本发明使初始成核密度和二次成核密度增大，生长速度加快，可以生长出厚纳米金刚石膜。

主权项

1.一种生长厚纳米金刚石膜的方法，包括如下过程：(a)将具有沉积表面的衬底设置于气相沉积室中的衬底支撑台上，在衬底的沉积表面和与其相隔的进气装置之间设有热丝阵列；(b)将含有氢气和含碳气体的混合气体经过进气装置流入所述的气相沉积室内，并加热热丝阵列到约1800℃-2900℃的温度范围，所述的衬底被加热到约300℃-1100℃的温度范围内；(c)对热丝阵列施以相对于衬底支撑台为正电极的下偏压，以及相对于进气装置为负电压的上偏压，使衬底沉积表面成核；(d)对于衬底支撑台为0电压或负电压的下偏压，以及相对热丝阵列施以相对于进气装置为负电压的上偏压，使衬底沉积表面金刚石膜生长。其特征是，还包括以下过程：(e)在混合气体中还混有惰性气体，使惰性气体含量在混合气体中所占体积比为50％-99％；(f)对所述的进气装置进行水冷，使得混合气体在进气室内及出口处不被分解，并且使进气装置表面不结含碳膜或结上不脱落的含碳膜；(g)控制所述的衬底支撑台与热丝之间的下偏压、以及热丝与进气装置之间的上偏压，使得成核和生长交替进行，控制金刚石颗粒大小在具有纳米材料特性的范围内。