一种用于MPCVD系统的导流式样品托及MPCVD系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于MPCVD系统的导流式样品托及MPCVD系统，包括：样品托本体，用于水平放置于反应腔内，样品托本体的上方中心处设置有用于导入气流的气体导入口；样品托本体的下部为圆柱体状，其上部包括同轴设置的挡流板和导流台，挡流板位于外侧且为圆环体。导流台为一上小下大的圆台体；导流台的上表面为水平状，用于放置金刚石样品；导流台的下端直径与挡流板内环直径相同，导流台的高度满足以下条件：金刚石样品放置在导流台上时，金刚石样品的上表面不超过挡流板的上表面。在挡流板底部环绕一周间隔、且均匀贯通开设有多个径向导流孔。该样品托为金刚石生长提供一个稳定的气流环境，减少金刚石边缘多晶等缺陷的形成。

【技术实现步骤摘要】
一种用于MPCVD系统的导流式样品托及MPCVD系统
本技术属于金刚石材料生长
，尤其涉及一种用于MPCVD系统的导流式样品托及MPCVD系统。
技术介绍
众所周知，金刚石具有优异的热、电、力、光、生物相容等性能，如它具有高热导率，是绝佳的热沉材料；它禁带宽度为5.5eV、击穿电压大于10MV/cm、电子迁移率为4500cm2/Vs、空穴迁移率为3800cm2/Vs，这使得金刚石在电学方面具有其他半导体材料不可比拟的优异性质，适合制备超高频、超大功率电子器件；它是已知硬度最高的天然物质，分别是石英和刚玉硬度的1170和140倍，用于切割领域；它从近紫外到远红外波段都具有高的透过性，可以作为窗口材料；它具有很好的化学稳定性，耐酸碱腐蚀，和碳基生物不会发生明显排斥反应，可以作为心脏瓣膜的替代品。因此金刚石具有巨大的应用潜力，逐渐成为科学研究的热点。生长金刚石的方法有很多，如热丝化学气相沉积、高温高压、微波等离子体化学气相淀积(MPCVD)方法，其中MPCVD方法使用最广泛，因为这种方法长出来的金刚石杂质少、质量高。金刚石生长所需气源(甲烷、氢气、氧气、氮气等)从金刚石样品上方导入，流经金刚石表面及其侧壁，实现金刚石生长。采用MPCVD方法生长金刚石时，不可避免的需要使用样品托，将金刚石置于样品托上，然后将样品托置于样品台上。样品托的材质、结构、尺寸等将直接影响着金刚石生长结果的好坏。实验已经证实，凹槽托最有利于金刚石生长，但是仿真结果显示，这种凹槽托同时存在严重的缺陷，即金刚石侧壁处的气流非常混乱，这将使得金刚石生长处于极不稳定的环境中，最终可能导致金刚石侧壁出现多晶等缺陷。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种用于MPCVD系统的导流式样品托及MPCVD系统，使用该样品托及系统，为金刚石生长提供一个稳定的气流环境，减少金刚石边缘多晶等缺陷的形成。本技术采用以下技术方案：一种用于MPCVD系统的导流式样品托，其特征在于，包括：样品托本体，用于水平放置于反应腔内，样品托本体的上方中心处设置有用于导入气流的气体导入口；样品托本体的下部为圆柱体状，其上部包括同轴设置的挡流板和导流台，挡流板位于外侧且为圆环体。导流台为一上小下大的圆台体；导流台的上表面为水平状，用于放置金刚石样品；导流台的下端直径与挡流板内环直径相同，导流台的高度满足以下条件：金刚石样品放置在导流台上时，金刚石样品的上表面不超过挡流板的上表面。在挡流板底部环绕一周间隔、且均匀贯通开设有多个径向导流孔；各导流孔用于：将气流流经气体导入口、金刚石样品表面、导流台侧壁后导出样品托本体的外部。进一步地，该导流台侧壁与水平面的夹角为α，α的取值范围为20°～80°。进一步地，各导流孔的内径为1mm～10mm。进一步地，该样品托本体的圆柱体下部、以及挡流板和导流台均为同轴设置的一体式结构。进一步地，该导流孔为一排、或者从上到下均匀分布的多排。本技术还公开了一种MPCVD系统，包括上述的一种用于MPCVD系统的导流式样品托。本技术的有益效果是：气流沿着导流台的侧壁向下流，并在底部由导流孔径向流出，气体在底部不会形成涡流，则避免了气体在金刚石周向形成混乱的气流坏境，减少金刚石边缘多晶等缺陷的形成。【附图说明】图1为常规样品托结构示意图；图2为一种用于MPCVD系统的导流式样品托的结构示意图；图3为一种用于MPCVD系统的导流式样品托的局部放大图；图4为一种用于MPCVD系统的导流式样品托的俯视图；其中：1.样品台；2.样品托本体；3.导流台；4.导流孔；5.金刚石样品；6.气流，7.挡流板，8.常规样品托。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施方式对本技术进行详细说明。本技术一种用于MPCVD系统的导流式样品托，包括：样品托本体2，用于水平放置于反应腔内，样品托本体2的上方中心处设置有用于导入气流6的气体导入口；样品托本体2的下部为圆柱体状，其上部包括同轴设置的挡流板7和导流台3，挡流板7位于外侧且为圆环体。气流6为微波等离子体气流。上述导流台3为一上小下大的圆台体；导流台3的上表面为水平状，用于放置金刚石样品5；导流台3的下端直径与挡流板7内环直径相同，导流台3的高度满足以下条件：金刚石样品5放置在导流台3上时，金刚石样品5的上表面不超过挡流板7的上表面。在挡流板7底部环绕一周间隔、且均匀贯通开设有多个径向导流孔4；各导流孔4用于：将气流6流经气体导入口、金刚石样品5表面、导流台3侧壁后导出样品托本体2的外部。上述导流台3侧壁与水平面的夹角为α，α的取值范围为20°～80°。上述各导流孔4可以为圆孔、方孔或其他格则或不规则形状的孔，无论采用哪种形式的孔，孔径均不能过大，要保证微波等离子体导出时，在孔的上部的电场中的等电位面波动不大。当为圆孔时，各导流孔4的内径为1mm～10mm。为了使气体快速排出，该导流孔4为一排、或者从上到下均匀分布的多排。上述样品托本体2的圆柱体下部、以及挡流板7和导流台3均为同轴设置的一体式结构。本技术还公开了一种MPCVD系统，包括上述的一种用于MPCVD系统的导流式样品托。本技术还公开了一种MPCVD系统，包括上述的一种用于MPCVD系统的导流式样品托。样品托水平放置于样品台1上，两者均设置在反应腔内，反应腔为一封闭的空间，其内环境为微波等离子体金刚石薄膜的生长环境。金刚石样品5放置于样品托本体2的中心，气流6从金刚石样品5上方向下流入，流过金刚石样品5侧壁的气流，沿着导流台3的侧壁向下，到达底部的时候，流动方向改变，由各径向的导流孔4流出。减少金刚石侧壁气流混乱，为金刚石生长提供一个稳定的气流环境，减少金刚石边缘多晶等缺陷的形成。样品台1选用导热材质，如紫铜。样品台1之所以选择紫铜，是因为该材料可以较小的阻碍温度的传递，使用紫铜仅仅是最优的解决方案之一，也可以采用其他具有相同功能的材料。样品托本体2材质选用钼，这是目前生长金刚石效果最好的金属材料。金刚石生长的过程如下：首先将样品托置于样品台1上，然后将金刚石样品5放置于样品托本体2的上部，且位于样品托本体2的中心处，最后由金刚石样品5上方向下通入金刚石生长所需气体，形成流经金刚石样品5表面及侧壁的气流6，实现金刚石的生长。图1展示的是使用常规样品托生长金刚石的示意图，常规样品托8为一柱状体，在柱状体的上壁面上开设有凹槽，凹槽的底面为水平状，金刚石样品5水平放置于凹槽的底部，根据已有的仿真结果可知，气流由金刚石上方向下流入，流向金刚石样品5的上壁及周向，直至到凹腔底部，受到底部的阻挡后，气流产生涡流，部分气流返回向上，且会与向下的气流碰撞冲突，各个方向的气流均有，使金刚石周向的气流非常混乱，这将使得金刚石处于一个不稳定的生长环境中，导致金刚石边缘生长出多晶等缺陷。金刚石生长过程中需要通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于MPCVD系统的导流式样品托，其特征在于，包括：/n样品托本体(2)，用于水平放置于反应腔内，所述样品托本体(2)的上方中心处设置有用于导入气流(6)的气体导入口；所述样品托本体(2)的下部为圆柱体状，其上部包括同轴设置的挡流板(7)和导流台(3)，所述挡流板(7)位于外侧且为圆环体；/n所述导流台(3)为一上小下大的圆台体；所述导流台(3)的上表面为水平状，用于放置金刚石样品(5)；所述导流台(3)的下端直径与所述挡流板(7)内环直径相同，所述导流台(3)的高度满足以下条件：所述金刚石样品(5)放置在导流台(3)上时，所述金刚石样品(5)的上表面不超过挡流板(7)的上表面；/n在所述挡流板(7)底部环绕一周间隔、且均匀贯通开设有多个径向导流孔(4)；各所述导流孔(4)用于：将气流(6)流经气体导入口、金刚石样品(5)表面、导流台(3)侧壁后导出样品托本体(2)的外部。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于MPCVD系统的导流式样品托，其特征在于，包括：
样品托本体(2)，用于水平放置于反应腔内，所述样品托本体(2)的上方中心处设置有用于导入气流(6)的气体导入口；所述样品托本体(2)的下部为圆柱体状，其上部包括同轴设置的挡流板(7)和导流台(3)，所述挡流板(7)位于外侧且为圆环体；
所述导流台(3)为一上小下大的圆台体；所述导流台(3)的上表面为水平状，用于放置金刚石样品(5)；所述导流台(3)的下端直径与所述挡流板(7)内环直径相同，所述导流台(3)的高度满足以下条件：所述金刚石样品(5)放置在导流台(3)上时，所述金刚石样品(5)的上表面不超过挡流板(7)的上表面；
在所述挡流板(7)底部环绕一周间隔、且均匀贯通开设有多个径向导流孔(4)；各所述导流孔(4)用于：将气流(6)流经气体导入口、金刚石样品(5)表面、导流台(3)侧壁后导出样品托本体(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏兴，王艳丰，
申请(专利权)人：西安德盟特半导体科技有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61