【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及单晶金刚石cvd生长的，特别是涉及一种cvd单晶金刚石生长温度场稳定性提升方法及其稳定装置。
技术介绍
1、作为第三代半导体材料中的佼佼者，金刚石材料具备高热导率、高击穿电场、高载流子迁移率、高载流子饱和速率和低介电常数等优异的特性，满足现代电子技术对高温、高压、高功率、高频率以及抗辐射等恶劣条件的要求，已是业界公认的“终极半导体材料”。
2、高质量的单晶金刚石的制备技术目前已经成熟，其中使用最广泛的微波化学气相沉积技术已经能够做到媲美甚至超越天然金刚石的质量。受限于制造设备成本比较昂贵、金刚石衬底尺寸较小、生长周期较长、生产良率不够稳定等问题，高质量单晶金刚石价格居高不下。如何低成本、大批量的制备大面积、高质量的单晶金刚石是目前限制金刚石大批量工业化应用亟需解决的问题。最影响单晶金刚石制备良率的工艺参数就是长时间生长周期过程中单晶金刚石自身的温度场分布不均匀、不稳定。
3、温度很难控制主要是以下两个原因导致，
4、一是单晶金刚石衬底正面中间位置接触到等离子体球的地方能够沉积单晶金刚石，但是金刚石衬底反面与钼台正面接触的位置、钼台背面与水冷基片台接触的位置在热传导作用下有一定的温度，等离子体中部分未完全参与反应的含碳基团会在这两个位置沉积一层黑色或者灰色碳膜影响散热，导致衬底各个部位的散热不一致，衬底上温度场分布不均匀，甚至沉积的碳膜会顶空衬底或者钼台，进一步的导致温度快速升高乃至超出生长所需温度区间。
5、二是微波电磁场的尖端效应会在单晶金刚石衬底的边缘位置形成较强
6、另外，单晶金刚石衬底边缘高温的多晶金刚石还会往中间位置延申，从而导致生长出来的单晶金刚石品质下降，如图6所示。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决上述问题，提供一种cvd单晶金刚石生长温度场稳定性提升方法及其稳定装置。
2、本专利技术的技术方案是：一种cvd单晶金刚石生长温度场稳定性提升方法 ，包括如下步骤；
3、a.准备带凹陷的钼台和待生长单晶金刚石衬底
4、准备圆形钼台，上面中心部位加工出与待生长的单晶金刚石衬底形状匹配的凹陷槽，凹陷槽用于抑制再cvd设备内生长时等离子作用时边角效应，使生长材料能够尽可能到衬底的中部去。在凹陷槽的中心开贯穿孔，贯穿至钼台的下表面；该贯穿孔用于后面灌注钎料。
5、b.准备与钼台直径相匹配的钼垫板，二者厚度相当，二者层叠并中心对应后，在圆周靠边沿的区域开上、下连接孔，钼台上的是上连接孔，钼垫板上的是下连接孔；通过该连接孔能够将钼台和钼垫板层叠固定在一起，用于传到热量。
6、c.单晶金刚石衬底的压装
7、将待生长单晶金刚石衬底和钼台清洗干净，然后将该单晶金刚石衬底居中放入到凹陷槽内，用一个压板的中部压到该单晶金刚石衬底的上面，压板的外部通过螺栓安装到上连接孔内；通过压板压住该单晶金刚石衬底与钼台贴合，压装的目的是把单晶金刚石衬底的底面与凹陷槽的底面实现紧密贴合，不留缝隙，这样在cvd设备内生长时避免出现在二者之间产生碳膜、影响热量的传导的问题。
8、d.钎焊
9、翻转压装单晶金刚石衬底的钼台，使下面的贯穿孔朝上，在贯穿孔内注入镍基膏状钎料；然后将该钼台置入到真空炉中加热使钎料固化，自然冷却后取出；该真空炉中加热温度900℃-1200℃，加热时间30分钟。钎料的的加热融化以及固化的过程中，钎料将单晶金刚石衬底的底面与贯穿孔内壁侧面之间焊接，通过钎料在贯穿孔内壁和单晶金刚石衬底的底面间产生牵拉力，将单晶金刚石衬底的其他底面区域与凹槽底面紧密贴合，这样去除压板后二者之间还是紧密贴合的状态，不会产生缝隙。
10、e.组装
11、步骤d完成后，去除压板及其螺栓，对钼台和衬底表面进行清理，然后将钼台与钼垫板通过上、下连接孔、螺栓上下层叠贴合连接在一起；
12、f.将组装完成后的，钼台、钼垫板的单晶金刚石衬底一起，将钼垫板下表面与cvd设备的基片台紧密贴合，通过螺栓锁紧，而后在cvd设备内进行生长。生长过程与现有技术中一样，需要注意的是，需要调整cvd的基片台降温水的流量来匹配适应单晶金刚石衬底的生长温度要求。
13、优选的，在单晶金刚石衬底压装后，凹陷槽面积大于单晶金刚石衬底面积的1/3，单晶金刚石衬底厚度略大于凹陷的深度。通过二者之间的尺寸关系，来尽可能的抑制在cvd设备中等离子作用时在边角部位产生的热量和温度集中的问题，从而使热量分布均匀，衬底各区域温度尽可能的一直，衬底各个区域的单晶金刚石生长也均匀，生长出来的单晶金刚石产品形状规则，整齐，内部应力小，韧性高。
14、优选的，所述的镍基膏状钎料为长沙天久金属材料有限公司的出品的bni-5型号。
15、优选的，所述的钼台和钼垫板通过机加工制作，钼台和钼垫板的贴合面、钼台的凹陷面通过精加工使其平整光洁；使用前置入酒精中加超声波清洗干净，然后高压气体吹干。这样光洁的后的贴合面，贴合的更紧密，各个部位热传导能力基本相同，不会出现由于导热不均匀形成的温度场不均的问题。
16、优选的，所述的单晶金刚石衬底与钼台贴合面精加工使其平整光洁，使用前置入酒精中加超声波清洗干净，然后高压气体吹干。金刚石衬底与钼台凹槽之间贴合的更紧密，各个部位热传导能力基本相同，不会出现由于导热不均匀形成的温度场不均的问题。
17、优选的，所述的步骤d与e之间还有清理和清洗步骤，
18、步骤d 完成后，采用锉刀或者微型磨头清理钼台正反外溢的钎料，清理完成后，将焊接后的钼台和衬底一起置入酒精中加超声波清洗干净，然后高压气体吹干。清理和清洗的目数是去除钼台表面的杂质，避免生长时进入到产品中，同时保证贴合紧密后的导热效果，不影响散热的均匀性和稳定性。
19、优选的，所述的贯穿孔的横截面面积不大于单晶金刚石衬底面积的一半。避免钎料与单晶金刚石衬底的接触面过大，造成钎料的导热性能与钼台导热性能差异过大，在衬底上形成应力大，造成衬底裂片。在能够保证单晶金刚石衬底与钼台凹槽贴合力度的前提下，该贯穿孔越小裂片的可能性会越小。
20、一种用于前面所述的方法的cvd单晶金刚石生长温度场稳定装置，该装置包括钼台、钼垫板和压板，其特征是：所述的钼台中部设有凹陷槽，在凹陷槽的中心设有贯穿孔，所述的钼垫板形状与钼台的形状匹配，钼台和钼垫板的边沿设有上下对应的连接孔，所述的压板外侧伸出有延伸板，延伸板上设有与上连接孔对应的安装孔。
21、优选的，该装置还包括有连接螺栓，连接螺栓采用钼制作，该连接螺栓插入上下连接孔用于将钼台和钼垫板贴合固定在一起。
22、本本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种CVD单晶金刚石生长温度场稳定性提升方法 ，包括如下步骤；a.准备带凹陷的钼台和待生长单晶金刚石衬底
2.根据权利要求1所述的CVD单晶金刚石生长温度场稳定性提升方法，其特征在于：在单晶金刚石衬底压装后，凹陷槽面积大于单晶金刚石衬底面积的1/3，单晶金刚石衬底厚度略大于凹陷的深度。
3.根据权利要求1所述的CVD单晶金刚石生长温度场稳定性提升方法，其特征在于：所述的镍基膏状钎料为长沙天久金属材料有限公司的出品的BNi-5型号。
4.根据权利要求1所述的CVD单晶金刚石生长温度场稳定性提升方法，其特征在于：所述的钼台和钼垫板通过机加工制作，钼台和钼垫板的贴合面、钼台的凹陷面通过精加工使其平整光洁；使用前置入酒精中加超声波清洗干净，然后高压气体吹干。
5.根据权利要求1所述的CVD单晶金刚石生长温度场稳定性提升方法，其特征在于：所述的单晶金刚石衬底与钼台贴合面精加工使其平整光洁，使用前置入酒精中加超声波清洗干净，然后高压气体吹干。
6.根据权利要求1所述的CVD单晶金刚石生长温度场稳定性提升方法，其特征在于：所述的步
7.根据权利要求1所述的CVD单晶金刚石生长温度场稳定性提升方法，其特征在于：所述的步骤d与e之间还有清理和清洗步骤，
8.根据权利要求1所述的CVD单晶金刚石生长温度场稳定性提升方法，其特征在于：所述的贯穿孔的横截面面积不大于单晶金刚石衬底面积的一半。
9.一种用于权利要求1-8任意所述的方法的CVD单晶金刚石生长温度场稳定装置，该装置包括钼台、钼垫板和压板，其特征是：所述的钼台中部设有凹陷槽，在凹陷槽的中心设有贯穿孔，所述的钼垫板形状与钼台的形状匹配，钼台和钼垫板的边沿设有上下对应的连接孔，所述的压板外侧伸出有延伸板，延伸板上设有与上连接孔对应的安装孔。
10.根据权利要求9所述的CVD单晶金刚石生长温度场稳定装置，其特征是：该装置还包括有连接螺栓，连接螺栓采用钼制作，该连接螺栓插入上下连接孔用于将钼台和钼垫板贴合固定在一起。
...【技术特征摘要】
1.一种cvd单晶金刚石生长温度场稳定性提升方法 ，包括如下步骤；a.准备带凹陷的钼台和待生长单晶金刚石衬底
2.根据权利要求1所述的cvd单晶金刚石生长温度场稳定性提升方法，其特征在于：在单晶金刚石衬底压装后，凹陷槽面积大于单晶金刚石衬底面积的1/3，单晶金刚石衬底厚度略大于凹陷的深度。
3.根据权利要求1所述的cvd单晶金刚石生长温度场稳定性提升方法，其特征在于：所述的镍基膏状钎料为长沙天久金属材料有限公司的出品的bni-5型号。
4.根据权利要求1所述的cvd单晶金刚石生长温度场稳定性提升方法，其特征在于：所述的钼台和钼垫板通过机加工制作，钼台和钼垫板的贴合面、钼台的凹陷面通过精加工使其平整光洁；使用前置入酒精中加超声波清洗干净，然后高压气体吹干。
5.根据权利要求1所述的cvd单晶金刚石生长温度场稳定性提升方法，其特征在于：所述的单晶金刚石衬底与钼台贴合面精加工使其平整光洁，使用前置入酒精中加超声波清洗干净，然后高压气体吹干。
6.根据权利要求...
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