一种基片台的制作方法

1.本实用新型涉及化学气相沉积法沉积金刚石技术领域,尤其涉及mpcvd生产单晶金刚石,具体涉及用于单晶金刚石沉积生长的基片台。


背景技术：

2.单晶金刚石是一种优质的光学、电学、热力学材料。mpcvd法(微波等离子体化学气相法)制备单晶金刚石是目前应用广泛，沉积质量最为纯净的一种方法。在使用mpcvd设备生产单晶金刚石时，是将籽晶放置在基片台上，在等离子体的高温环境中，碳离子将会沉积到籽晶上，从而实现单晶金刚石的生长。
3.在mpcvd法制备单晶金刚石中，高功率生长条件将是未来的发展方向，而如何在高功率条件下解决基片台的散热问题从而降低籽晶的生长温度，同时不改变籽晶与等离子体球之间的距离是一个值得研究的方向。
4.在单晶金刚石生长过程中籽晶极易因为气流变化发生漂移，常用的解决方式是通过在一块钼片上开设具有一定深度的凹槽，使籽晶放置在凹槽内来限制籽晶位移，然而，凹槽内底面在加工时会有因表面刻槽带来的铣刀痕迹，表面不平，并且凹槽内底面很难抛光，这样在籽晶在放置后，会与凹槽底面存在缝隙，无法紧密贴合，从而影响散热，甚至在生长过程中发生崩飞现象。
5.基于上述凹槽底面难以抛光从而影响散热的问题，现有技术中，如授权公告号为cn213172681u的专利文件公开了一种用于金刚石生长的组合式基片台，其包括底座以及可拆卸地安装于底座上的上盖板，上盖板上贯穿设有多个通孔，底座的上表面设有多个凸台，凸台的外径与通孔的内径相匹配，以使得凸台插入通孔时，凸台的外壁与通孔的内壁贴合，且通孔的深度大于凸台的厚度，以使得上盖板盖设于底座的上表面且凸台插入通孔时，凸台的顶面以及通孔的内表面形成生长槽，以将金刚石籽晶放入生长槽内进行生长；其中，通过凸台与通孔配合形成生长槽的设置，能够方便对凸台的上表面进行打磨，使得金刚石在生长时能够与底面更好的接触，更好地传递走热量，而且，上盖板的下表面为平坦的表面，能够良好地与底座贴合。
6.但是，由于凸台的设置，其底座的上表面除凸台占用部分以外的区域，则无法进行抛光，而上盖板的下表面主要是与该区域接触，这样会使上盖板与底座之间仍然无法保证紧密贴合，仍然存在散热效果不好的问题。
7.此外，如授权公告号为cn214361837u的专利文件公开的一种金刚石生长的基片台结构，其包括钼片和钼支架，钼片上开设有多个贯穿的插销安装孔，各插销安装孔内滑动装有活动插销，多个活动插销在钼片上呈网格状分布，相邻的四个活动插销在钼片上围成正方形的籽晶生长区域，钼支架的上表面开设有供钼片放置的钼片安装槽，钼片放置钼支架内部，提高了钼片表面的散热性能，但是，对于该结构的基片台，由于需要在钼支架的上表面开设凹槽，凹槽底面仍然存在难以抛光的问题，从而在钼片放置到凹槽内后，仍然无法保证紧密贴合，影响散热效果。
8.总的看来，现有技术中的基片台依然存在导热不好的问题，导致局部温度快速升高，进而影响籽晶生长，不利于实现在高功率高气压生长条件下培育单晶金刚石。


技术实现要素：

9.本实用新型的目的在于提供一种基片台，以解决现有的基片台散热效果不好，影响籽晶生长的问题。
10.本实用新型的基片台的技术方案是：
11.一种基片台，包括内支撑和外环，内支撑与外环分体设置，内支撑装于外环的内孔中，内支撑的上端面低于外环的上端而在外环内形成放置槽，基片台还包括上托片，放置槽用于放置上托片，上托片上设有多个贯通孔，上托片放置在放置槽内后，上托片和内支撑在贯通孔处围成用于放置籽晶的生长槽。
12.有益效果：通过分体设置的外环和内支撑形成用于放置上托片的放置槽，使得外环和内支撑能够分别进行加工，内支撑的上端面不受外环的影响，从而能够对内支撑的上端面进行充分地抛光处理，使其与上托片接触的接触面较为光滑，避免存在接触间隙，增强了散热效果。
13.进一步地，内支撑包括底座和衬片，衬片支撑在底座上，衬片的上端面构成所述内支撑的上端面，底座的导热性优于衬片的导热性。
14.有益效果：通过衬片与上托片上的贯通孔围成生长槽，保证籽晶生长，同时，底座与衬片采用不同材质，底座的导热性优于衬片的导热性，从而提高散热效果。
15.进一步地，底座为铜底座。
16.有益效果：铜底座散热性能较好，能够在升温过程中使基片台上的热量较易散去，同时，成本较低。
17.进一步地，底座的外周面上设有挡止结构，挡止结构与外环的下端挡止配合以承托外环。
18.有益效果：通过在底座上设置挡止结构来承托外环，方便设置，同时，使底座侧部能够露出于外环，有利于提高散热能力。
19.进一步地，挡止结构为环沿，环沿的上侧面与外环的下端面挡止配合。
20.有益效果：通过环沿承托外环，保证承托可靠，同时，通过外环的下侧面与环沿的上侧面形成环形面接触，有利于提高散热效果。
21.进一步地，环沿外径与外环的外径相等。
22.有益效果：使环沿与外环平齐，有利于减少边缘放电。
23.进一步地，挡止结构与底座的底面在上下方向上间隔设置。
24.有益效果：使挡止结构与底座底面有间隔，从而方便通过该间隔移动基片台。
25.进一步地，挡止结构高于底座的底面3-4mm。
26.有益效果：以便于所使用mpcvd设备在籽晶生长前在基片台底面放置石英玻璃片,以防止沉积室内沉积杂质，而且方便通过挡止结构将极片台托起进行移动。
27.进一步地，上托片的上表面与外环的上端平齐。
28.有益效果：通过使上托片的上表面与外环的上端平齐，以避免上托片的边缘突出，防止上托片边缘放电而影响金刚石生长。
29.进一步地，外环上端的外边缘设有倒圆角结构。
30.有益效果：对外环上端的锐边进行平滑处理，防止金刚石生长过程中边缘放电严重。
附图说明
31.图1为本实用新型的基片台的实施例1的整体结构示意图；
32.图2为图1的爆炸图；
33.图3为图2中的底座的结构示意图；
34.图4为图2中的外环的结构示意图；
35.图5为图2中的上托片的结构示意图。
36.图中：1、底座；11、环沿；2、外环；21、圆角；3、衬片；4、上托片；41、贯通孔；5、生长槽。
具体实施方式
37.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
38.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
39.需要说明的是，本实用新型的具体实施方式中可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由可能出现的语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
40.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
41.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通
过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
42.以下结合实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
43.本实用新型的基片台的实施例1：
44.如图1、图2、图3、图4、图5所示，基片台包括内支撑和外环2，内支撑与外环2分体设置，外环2套在内支撑上，内支撑装于外环2的内孔中，内支撑包括分体设置的底座1和衬片3，衬片3支撑在底座1上，衬片3上方支撑有上托片4，上托片4上设有多个贯通孔41，上托片4与衬片3在贯通孔41处围成用于放置籽晶的生长槽5。
45.基片台的底座1用于支撑放置在mpcvd设备的沉积室水冷盘上，底座1为以紫铜为材料的铜底座，紫铜的散热性能较好，能够在籽晶生长过程中，使基片台上的热量较易散去，从而达到生长所需的高功率高气压生长条件，而且成本较低。底座1整体为圆柱形，底座1的上端面和底面均为平面，两面均抛光至光滑。底座1的上端面用于支撑衬片3。底座1包括底座主体，底座主体的外径为64mm，底座主体外周面上设有环沿11，环沿11构成用于与外环2挡止配合的挡止结构，在外环2套在底座1上时，环沿11与外环2的下端形成挡止配合以承托外环2。环沿11与底座1的底面在上下方向上间隔设置，在基片台放置在mpcvd设备的沉积室水冷盘上时，环沿11高于底座1的底面，并且环沿11高于底座1的底面3mm，以便于所使用mpcvd设备在籽晶生长前，在基片台底面放置石英玻璃片,以防止沉积室内沉积杂质。
46.基片台的衬片3为圆柱形的钼片，衬片3的上端面和下端面均为平面，上下两面抛光平整，衬片3的下端面与底座1的上端面接触，衬片3的上端面构成内支撑的上端面，以用于支撑上托片4。在外环2套在内支撑上后，衬片3处于外环2内。
47.基片台的外环2为钼环，外环2的内径为64mm，与底座1主体的外径相等，外环2的外径根据多模腔最大放电面积设为70mm，并与环沿11的外径相等，在其他实施例中，外环2、底座1的尺寸可以实际应用情况进行改变。外环2的厚度与环沿11的宽度相等，外环2的下侧面用于与环沿11的上侧面挡止配合，外环2的上端的外边缘倒有圆角21，外环2上的圆角21从外环2的内边缘延伸到外边缘，使得外环2的上端面为弧面，倒圆角21的目的是为防止生长过程中边缘放电严重。在将外环2套在内支撑上后，衬片3的上端面低于外环2的上端而在外环2内形成供上托片4放置的放置槽。
48.基片台的上托片4为圆柱形的钼片，上托片4上的贯通孔41为方孔，且四个角设置圆角过渡。在上托片4放置在放置槽内后，上托片4的下端面与衬片3的上端面贴合，衬片3的上端面与贯通孔41围成生长槽5，以在籽晶放置在生长槽5内后对籽晶起到限位进而防止漂移的作用。同时，上托片4的上表面与外环2的上端平齐，目的是为防止边缘放电。
49.使用时，将衬片3放置在底座1上形成内支撑，再将上托片4放置在衬片3上，外环2套在内支撑上并支撑在底座1上的环沿11上，外环2对上下叠放的底座1、衬片3、上托片4起到限位固定作用；其中，为了防止上托片4过薄而导致的各贯通孔41之间形成的桥筋不平整现象，上托片4的厚度不小于1mm；生长槽5应相较所使用籽晶片尺寸大出1mm，生长槽5的数目及间距根据所需的生长数目情况而定，上托片4厚度应较所使用籽晶的厚度小0.5mm；由于钼与金刚石的热膨胀系数及晶格常数相似，所以铜底座上放置一片一定厚度的钼片，起到支撑单晶金刚石生长的作用；并且在底部使用铜底座的同时会导致整体生长温度较低，因此衬片3的高度可根据铜底座的高度改变；底座1高度为可变量，具体数值根据设备散热效果而定，对于生长温度过高时可适当提升底座1高度，而当生长温度不足时应适当降低底
座1高度；上托片4的厚度不固定，但是由于在挖孔加工过程贯通孔41之间形成的桥筋极易发生变形，且在生长过程中桥筋在受到等离子体加热作用下温度较高从而影响生长，因此上托片4存在最低厚度；根据散热效果可改变底座1及衬片3的厚度，根据籽晶厚度可改变衬片3及上托片4的厚度，需要注意的是，应当保证底座1的处于环沿11以上部分+衬片3+上托片4的整体高度值保持在设定值；底座1的厚度可以根据冷却效果改变，从而达到高功率的生长条件，底座1厚度由设备在高功率条件下生长极限温度实验所得，在改变铜底座高度的同时改变衬片3高度即可。
50.将籽晶放置基片台的生长槽5内以在mpcvd设备中进行生长，底座1在放置于多模式mpcvd设备腔体内时应考虑环沿11高度与设备配套石英环之间的高度间距，在生长后将上托片4取下，清洁表面多晶后留作备用，在等离子体环境下对衬片3表面进行刻蚀处理以清理表面石墨生长痕迹，从而在下次使用时，使得籽晶与衬片3表面间能够接触良好不存在缝隙；若下一轮需生长更厚籽晶，只需更换更薄的衬片3以及更厚的上托片4即可。
51.这样结构的基片台，外环和内支撑能够分别进行加工，内支撑的上端面不受外环的影响，从而能够对内支撑的上端面进行全面的抛光处理，使其与上托片接触的接触面较为光滑，避免存在接触间隙，增强了散热效果；通过调节底座高度的同时改变支撑籽晶的衬片的高度，并且每一个接触面均较易抛光，使得生长过程可以轻易达到所需的高功率高气压生长条件，分体式铜-钼组合基片台的设计使得基片台散热效果提升，解决单晶金刚石在生长过程中因基片台散热效果不足而无法达到预期的功率气压状态的问题；抛光后的衬片与铜底座接触时不存在间隙，衬片的上表面所形成的生长面在与单晶金刚石籽晶接触时，不存在因表面刻槽带来的铣刀痕迹所导致的籽晶散热较差，生长过程中崩飞现象；而且能够轻易地对生长后的基片台清洁，能够解决生长后生长槽内多晶难以清理，做到了对基片台的重复利用，提升了对基片台的重复利用率，不会因单次生长后生长槽内无法清洁而导致基片台报废，降低了生产成本。
52.本实用新型中的基片台的实施例2：
53.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中的内支撑包括分体设置的底座和衬片，衬片的上端面与上托片上的贯通孔围成生长槽。而本实施例中，内支撑为一体式结构的钼托，钼托的上端面与与上托片上的贯通孔围成生长槽。
54.本实用新型中的基片台的实施例3：
55.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中的底座为铜底座。而本实施例中，底座为铝底座。
56.本实用新型中的基片台的实施例4：
57.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中的底座的外周面上设有环沿，环沿构成挡止结构。而本实施例中，底座的外周面上沿周向设有多处凸块，凸块构成挡止结构。其他实施例中，也可以不设挡止结构，外环与底座均支撑在水冷盘上。
58.本实用新型中的基片台的实施例5：
59.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中的环沿外径与外环的外径相等。而本实施例中，环沿外径大于外环的外径，环沿的外边缘倒圆角。
60.本实用新型中的基片台的实施例6：
61.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中的环沿与底座底面在上下方向上
间隔设置。而本实施例中，环沿的下侧面与底座底面平齐，在需要转移基片台时，通过夹持环沿的外周面来移动基片台。
62.本实用新型中的基片台的实施例7：
63.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中的挡止结构高于底座底面3mm。而本实施例中，挡止结构高于底座底面4mm。其他实施例中，挡止结构可以高于底座底面3.5mm,也可以高于3.7mm或者3.3mm。
64.本实用新型中的基片台的实施例8：
65.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中的上托片的上表面与外环的上端平齐。而本实施例中，上托片的上表面低于外环的上端，外环的上端在内边缘和外边缘均进行倒圆角。
66.最后需要说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细地说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动地修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。