宝石级人造钻石(大颗粒单晶金刚石)的设备介绍----MPCVD新型的方法
一种用于大尺寸单晶金刚石拼接生长工艺[发明专利]
![一种用于大尺寸单晶金刚石拼接生长工艺[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/ed5880fbfad6195f302ba693.png)
专利名称：一种用于大尺寸单晶金刚石拼接生长工艺专利类型：发明专利
发明人：张涛,闫石,赵效铭
申请号：CN202011281272.5
申请日：20201116
公开号：CN112391680A
公开日：
20210223
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种用于大尺寸单晶金刚石拼接生长工艺，适用于微波等离子体化学气相沉积方法(MPCVD)外延生长单晶金刚石，包括步骤：步骤一、加工单晶金刚石晶种片边缘呈榫接口状。
步骤二、进行边缘接口的清理。
步骤三、将完成拼接的多个晶种进行双面打磨，以降低高度差。
步骤四、将边缘呈榫接口状的金刚石晶种拼接到一起。
步骤五、将打磨后的金刚石采用MPCVD法对拼接打磨后的晶种进行生长。
本发明通过可微米级的榫接缝隙技术，使单晶金刚石生长过程中的应力弛豫，提高生长效果。
利用榫接、边缘处理、高度差处理等工艺实现大尺寸单晶金刚石的拼接生长，本发明获得的大尺寸单晶金刚石具有平整度高，拼接部位应力小等优点，可以获得高品质、大尺寸的单晶金刚石。
申请人：物生生物科技(北京)有限公司
地址：101320 北京市顺义区仁和镇林河北大街21号院1幢5层2单元606
国籍：CN
代理机构：北京科迪生专利代理有限责任公司
代理人：安丽
更多信息请下载全文后查看。
新型MPCVD装置在高功率密度下高速沉积金刚石膜
新型MPCVD装置在高功率密度下高速沉积金刚石膜于盛旺;李晓静;张思凯;范朋伟;黑鸿君;唐伟忠;吕反修【摘要】使用自行研制的新型MPCVD装置,以H2-CH4为气源,在输入功率为5kW,沉积压力分别为13.33、26.66kPa和不同的甲烷浓度下制备了金刚石膜。
利用等离子体发射光谱法对等离子体中的H原子和含碳的活性基团浓度进行了分析。
用扫描电镜、激光拉曼谱对金刚石膜的表面和断口形貌、金刚石膜的品质等进行了表征。
实验结果表明,使用新型MPCVD装置能够在较高的功率密度下进行金刚石膜的沉积;提高功率密度能使等离子体中H原子和含碳活性基团的浓度明显增加,这将提高金刚石膜的沉积速度,并保证金刚石膜具有较高的质量。
%Polycrystalline diamond films were grown by using H2-CH4 as the source gas in a new type microwave plasma CVD reactor with an input power of 5kW,gas pressure of 13.33 and 26.66kPa and different methane concentrations.Optical emission spectroscopy was used to evaluate the concentrations of H atoms and carbon active groups in the plasma.The surface morphology,fracture morphology and the quality of the films were examined by using scanning electron microscope and Ramanspectrum.Experimental results showed that the new type microwave plasma CVD reactor was able to form diamond films in the condition of high power density.The concentrations of H atoms and carbon active groups were obviously increased by enhancing the power density,and hence the deposition rates of diamond films will be increased while keeping the quality of the diamond films as well.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2011(042)009【总页数】5页(P1722-1726)【关键词】新型MPCVD装置;金刚石膜;功率密度;生长速率【作者】于盛旺;李晓静;张思凯;范朋伟;黑鸿君;唐伟忠;吕反修【作者单位】北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】O4841 引言金刚石膜因具有较高的硬度而被广泛用作抗磨材料。
提高mpcvd金刚石生产效率的方法
提高mpcvd金刚石生产效率的方法提高MPCVD金刚石生产效率的方法金刚石是一种重要的超硬材料，具有优异的物理和化学性能，广泛应用于切削、磨削、磨料和研磨等领域。
而MPCVD（微波等离子体化学气相沉积）技术是一种常用的金刚石薄膜生长方法，具有高效、高质量的特点。
然而，为了进一步提高MPCVD金刚石生产的效率，我们可以采取以下几种方法：1. 优化反应气体配比：MPCVD生长金刚石的过程中，反应气体的配比对薄膜质量和生长速率起着重要作用。
通过优化反应气体的配比，可以提高金刚石薄膜的生长速率。
例如，在甲烷和氢气的混合气体中，适当增加甲烷的浓度可以提高生长速率，但过高的甲烷浓度可能导致非均匀生长和薄膜质量下降。
2. 提高微波功率密度：微波功率是MPCVD生长金刚石的重要参数之一。
提高微波功率密度可以加快反应速率，从而提高生长速率。
然而，过高的微波功率密度可能导致等离子体温度过高，使得金刚石薄膜质量下降。
因此，需要在保证薄膜质量的前提下适度提高微波功率密度。
3. 优化衬底表面处理：衬底表面的处理对金刚石薄膜的生长有着重要影响。
通过表面处理可以提高衬底表面的结晶度和平整度，有利于金刚石薄膜的生长。
常用的表面处理方法包括机械抛光、化学腐蚀和离子刻蚀等。
选择合适的表面处理方法，并根据具体情况进行优化，可以提高金刚石薄膜的生长效率。
4. 精确控制生长参数：MPCVD生长金刚石薄膜的过程中，生长参数的选择和控制对薄膜质量和生长速率起着至关重要的作用。
例如，生长温度、压力、时间等参数的选择都会对金刚石薄膜的生长效果产生重要影响。
通过精确控制这些生长参数，可以提高金刚石薄膜的生长效率和质量。
5. 引入辅助材料：在MPCVD生长金刚石薄膜的过程中，引入适量的辅助材料可以改变反应气体的组成和性质，从而影响金刚石薄膜的生长。
例如，引入氧气可以增加金刚石薄膜的晶粒尺寸和生长速率。
选择合适的辅助材料，并优化其用量和引入方式，可以提高金刚石薄膜的生长效率。
煤层气生产宝石级单晶金刚石及其产业化
煤层气生产宝石级单晶金刚石及其产业化
高洁;郑可;马永;于盛旺;刘克昌;刘亿顺
【期刊名称】《太原理工大学学报》
【年(卷),期】2022(53)3
【摘要】煤层气利用渠道单一、效能低、附加值低。
基于微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术,提出了煤层气生产宝石级单晶金刚石的概念,设计了相应的产业化工艺路线。
鉴于我国在CVD钻石生产技术方面起步较晚,高端设备主要依赖进口,自主研发了5代MPCVD钻石设备,开发了煤层气生产宝石级单晶金刚石的专用工艺,其中第五代设备实现了产业化转化。
利用自制设备及工艺,采用嵌入式专用基片台可以单炉制备多颗单晶金刚石,也可以采用马赛克拼接法制备超大尺寸单晶金刚石。
已建成的产业化示范基地可以高质量批量生产20克拉以内的钻石毛坯。
根据钻石4C标准,加工成的裸钻颜色好、净度高、切工完美,深受市场欢迎。
结果表明:煤层气生产宝石级单晶金刚石实现了煤层气的高附加值转化,产业化的继续推进不但能够提升煤层气消纳能力和综合利用水平,而且能够助力我国CVD培育钻石行业的发展。
【总页数】7页(P500-506)
【作者】高洁;郑可;马永;于盛旺;刘克昌;刘亿顺
【作者单位】太原理工大学材料科学与工程学院;华阳新材料科技集团有限公司【正文语种】中文
【中图分类】TD984
【相关文献】
1.微晶石墨对Ⅱa型宝石级金刚石单晶生长的影响
2.降温工艺对宝石级金刚石单晶品质的影响
3.B2O3添加宝石级金刚石单晶的生长特性
4.大籽晶法﹛111﹜晶面快速外延生长宝石级金刚石单晶
5.籽晶尺寸对宝石级金刚石单晶生长的影响
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
人造金刚石和人造钻石原理
人造金刚石和人造钻石原理引言：人造金刚石和人造钻石作为高科技材料，具有许多优点，如硬度高、热导率好等。
它们的制备原理是通过模拟自然界中的高压高温环境，利用人工手段合成具有类似物理和化学性质的材料。
本文将介绍人造金刚石和人造钻石的制备原理及其应用领域。
一、人造金刚石的制备原理人造金刚石是一种由碳元素组成的晶体材料，其制备原理是通过高温高压方法将碳素源（如石墨）置于高温高压条件下，使其发生晶格转变，形成金刚石晶体。
具体的制备过程如下：1. 高温高压装置：制备人造金刚石需要使用高温高压装置，如高压合成装置。
这种装置能够提供高压和高温的环境，使石墨能够转变为金刚石。
2. 石墨装料：将石墨装入高压合成装置中，并在装料中加入金属催化剂（如铁、钴等）。
金属催化剂可以降低金刚石形成的温度和压力要求，促进金刚石的合成。
3. 高温高压处理：将装有石墨和金属催化剂的高压合成装置放入高温高压条件下进行处理。
通常需要将温度升至1500-2000摄氏度，压力升至50-70千巴。
4. 金刚石晶体生长：在高温高压环境下，石墨中的碳原子开始重新排列，形成金刚石晶体。
这个过程需要经历几个小时到几天的时间。
5. 降压冷却：完成金刚石晶体的生长后，将高压合成装置从高温高压环境中取出，并进行降压冷却。
这样可以保持金刚石的结构稳定性。
二、人造钻石的制备原理人造钻石是一种具有类似物理和化学性质的合成材料，其制备原理是通过化学气相沉积法或高温高压法合成。
具体的制备过程如下：1. 化学气相沉积法：这种方法利用了化学反应在固体表面沉积薄膜的原理。
首先，在反应室中产生含有碳的气体，如甲烷。
然后，将这些气体引入到反应室中，使其与基底上的金属催化剂反应，沉积出钻石薄膜。
2. 高温高压法：这种方法是模拟地下深处的高压高温环境，通过在高温高压装置中加热和压缩碳源，使其发生晶格转变，形成钻石晶体。
这种方法可以产生大块的人造钻石。
3. 镶嵌制备法：这种方法是将人造钻石碎片镶嵌在金属基底上，然后通过高温高压处理，使其形成连续的钻石薄膜。
微波等离子化学气相沉积 and 金刚石
微波等离子化学气相沉积（MPCVD）技术制备高质量金刚石薄膜微波等离子化学气相沉积（MPCVD）是一种制备高质量、高纯度金刚石薄膜的方法。
这种技术利用微波激发反应气体，在低压环境下形成等离子体，从而实现金刚石薄膜的沉积。
一、微波等离子化学气相沉积微波等离子化学气相沉积（MPCVD）是一种先进的金刚石沉积技术。
它利用微波能量激发反应气体，产生等离子体，这些等离子体在微波的作用下，与衬底表面相互作用，形成金刚石薄膜。
MPCVD技术的优点在于它可以在较低的温度下实现金刚石薄膜的沉积，同时可以获得高质量、高纯度的金刚石薄膜。
此外，MPCVD技术还可以实现大面积、均匀的沉积，这使得它在工业应用中具有广泛的前景。
二、金刚石的制备在MPCVD技术中，金刚石的制备通常是在微波作用下进行的。
反应气体中的碳源和氢源在微波的作用下被激发为等离子体，这些等离子体中的碳原子在衬底表面沉积下来，形成金刚石薄膜。
在金刚石的制备过程中，反应气体的选择和流量控制是非常重要的。
通常使用的反应气体包括甲烷、丙烷、乙烯等碳氢化合物，以及氨气、氢气等气体。
这些气体的选择和流量控制直接影响金刚石薄膜的质量和性能。
三、MPCVD技术在金刚石制备中的应用MPCVD技术在金刚石制备中有着广泛的应用。
例如，可以利用MPCVD技术制备大尺寸、高质量的金刚石单晶，用于制造高精度、高效率的机械加工工具。
同时，还可以利用MPCVD技术制备厚度可控、均匀的金刚石薄膜，用于制造高效散热器件、高频电子器件等高技术产品。
四、结论综上所述，微波等离子化学气相沉积（MPCVD）技术在金刚石制备中具有广泛的应用前景。
该技术可以在较低的温度下实现高质量、高纯度金刚石薄膜的沉积，同时可以实现大面积、均匀的沉积。
这使得它在工业应用中具有广泛的前景，为制造高精度、高效率的机械加工工具和高频电子器件等高技术产品提供了新的途径。
然而，尽管MPCVD技术具有许多优点，但其在实际应用中仍存在一些挑战和问题。
MPCVD法纳米金刚石膜的制备及分析
第29卷第1期 人 工 晶 体 学 报 V ol.29 N o.1 2000年2月 JOURNA L OF SY NTHETIC CRY ST A LS February,2000MPCV D法纳米金刚石膜的制备及分析杨武保,吕反修,唐伟忠,佟玉梅,于文秀(北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083)摘要:利用MPC VD方法在玻璃基片上成功的制备了非常光滑、致密均匀的纳米金刚石膜。
沉积工艺分为两步:成核,CH4/H2=3%;生长,O2/CH4/H2=0.3∶3∶100;沉积过程中保持工作压力为4.0kPa,衬底温度500℃。
拉曼、透射电镜、红外光谱、表面轮廓仪等的测试表明:膜层由纳米级金刚石晶粒组成,最大晶粒尺寸小于100nm,成核密度大于1011/cm2。
成核面晶粒的点阵常数较大,表明存在较多缺陷,表面粗糙度小于2nm,在可见光区完全透明,红外光学性能接近金刚石单晶理论值。
关键词:MPC VD;纳米金刚石膜;拉曼光谱;红外光谱中图分类号:O781 文献标识码:A 文章编号:10002985X(2000)0120012205 Preparation and Characterization of N anocrystallineDiamond Films by MPCV D MethodY ANG Wu2bao,LU Fan2xiu,T ANG Wei2zhong,TONG Yu2mei,YU Wen2xiu (School of M aterials Science and Engineering,University of Science and T echnology Beijing,Beijing100083,China)(Recieved8November1999,accepted10December1999)Abstract:Highly uniform,sm ooth nanocrystalline diam ond films have been success fully fabricated with a microwave chemical vapor deposition system.Deposition process are CH4/H2=3%in nucleation stage and O2/CH4/H2=0.3∶3∶100in growth.The chamber pressure was kept at4.0kPa,and the substrate tem perature was controlled at500℃.Raman spectroscopy,transmission electron microscopy,surface roughness measurement,and in frared spectroscopy have been used for characterization.Diam ond films obtained under these conditions have grain sizes less than100nm,nucleation density higher than1011/cm2,and a mean roughness ofsurface less than2nm.G ood IR property has been shown.K ey w ords:MPC VD;nanocrystal diam ond film;Raman spectrum;IR spectrum1 引 言由于金刚石具有极其优异的光学性能和最高的硬度、热导率和极佳的化学稳定性,因此化学气相沉积金刚石膜光学涂层具有广阔的应用前景和十分重要的意义。
MPCVD法合成单晶体金刚石的工艺探索(上)
MPCVD法合成单晶体金刚石的工艺探索(上)I. 前言A. 研究背景和意义B. 研究目的和内容C. 研究方法和技术路线II. MPCVD法原理及金刚石合成机制A. MPCVD法工艺原理B. 金刚石生长机制C. 原料选择和反应特点III. 实验工艺优化A. 反应物流量优化B. 基质表面预处理方法C. 反应温度控制D. 压力控制和气氛调节E. 其他影响金刚石生长的因素IV. 单晶金刚石的制备和性能测试A. 单晶金刚石的制备工艺及工艺流程B. 金刚石品质测试方法和结果分析C. 单晶金刚石的应用前景V. 总结和展望A. 实验结果及分析B. 可改进之处和后续研究方向C. 在工业化应用中的推广前景与价值VI. 参考文献1. 前言1.1. 研究背景和意义金刚石是一种具有难以比拟的物理、化学和机械特性的材料。
它的硬度、导热性、强度和稳定性等特性赋予了它众多优势，在众多领域的应用中得到了广泛重视。
然而，传统的天然金刚石资源有限，价格高昂、形状和尺寸难以控制，同时钻石的质量稳定性较差，因此制约了金刚石的广泛应用和发展。
人工制备金刚石工艺的发展为金刚石的应用和开发提供了新的可能性。
在众多的人工制备工艺中，MPCVD法（微波等离子体化学气相沉积）是一种灵活、高效、晶界密度低、颗粒度分布均匀、成本较低的工艺方法。
虽然MPCVD法合成的金刚石颗粒大小较小，但技术逐渐成熟后，开始制备大面积、高质量的金刚石薄膜和单晶。
在材料科学和工程中的应用越来越广泛，特别是高科技、新材料、能源、航空航天等领域的应用有着很大的前景。
1.2. 研究目的和内容本研究旨在探索MPCVD法合成金刚石单晶的工艺优化和性能研究。
具体研究内容包括：MPCVD法原理及金刚石合成机制；合成过程中工艺参数的优化控制（反应物流量、压力调节、气氛调节等）；单晶金刚石的制备方法和生长流程；所制备单晶金刚石的结构特性、物理化学性能、应用前景等方面的研究，为金刚石高效、低成本、高品质的制备和应用提供科学依据和技术支持。
宝石级人造钻石(大颗粒单晶金刚石)的设备介绍----MPCVD新型的方法..
宝石级人造钻石（大颗粒单晶金刚石）的设备介绍----MPCVD新型的方法介绍CVD金刚石设备，主要为微波CVD设备，是被公认的能够制备高品级的大颗粒金刚石和大面积金刚石厚膜。
有需要CVD设备，主要提供1 kW 5 kW 8 kW 微波等离子体CVD 设备，也欢迎咨询！目前化学气相沉积（CVD）法制备金刚石主要有：热丝CVD，直流电弧CVD，微波等离子体CVD。
这些方法在本质上都是用某种形式的能量来激励和分解含碳化合物气体分子,并在一定条件下使金刚石在基片表面成核和生长。
用于刀具涂层的热丝设备能够工业化得直流设备能够制备高品级钻石的微波设备热丝CVD 直流CVD 微波CVD各自的内部结构图，可以发现三者就是激发等离子体的方式不一样，有各自的优缺点做出来的金刚石的质量也是不一样的哦，看对比就知道了热丝主要用于刀具涂层上直流法生长不够稳定微波法最好，但是耗资较大三者对比可是看的出来的哦，三种方法做出来的东西就是不一样的因此，只有微波法能做出高品级金刚石！直接看看微波CVD金刚石的应用就知道好了：光学级金刚石能够应用到各个领域更重要的是，可以做钻石的！apollo公司生产0.28-0.67克拉的粉红CVD钻石，目前无色钻石最大可达16克拉微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)是制备高品质金刚石膜的首选方法。
主要优点为：无内部电极,可避免电极放电污染;运行气压范围宽; 能量转换效率高;可以产生大范围的高密度等离子体;微波和等离子体参数均可方便地控制等. 所以,它是制备大面积均匀、无杂质污染的高质量金刚石膜的有开发前景的重要方法.MPCVD 装置通常分为微波系统、等离子体反应室、真空系统和供气系统等四大部分. 微波系统包括微波功率源、环行器、水负载、阻抗调配器,有时还包括测量微波入射和反射功率的定向耦合器及功率探头和显示仪表. 微波频率通常选用工业用加热频段的2. 45GHz. 真空和统由真空泵、真空阀门和真空测量仪器(包括真空规管和显示仪器) 组成. 供气系统由气源、管道和控制气体流量的阀和流量计等组成. 这三个部分各自都是通用型的,可以适用于各种类型的MPCVD 装置和其他用途的实验装置. 等离子体反应室包括微波与等离子体的耦合器、真空沉积室以及基片台等. 不同类型的PCVD 装置的区别在于等离子体反应室形式的不同. 从真空沉积室的形式来分,有石英管式、石英钟罩式和带有微波窗的金属腔体式. 从微波与等离子体的耦合方式分,有表面波耦合式、直接耦合式和天线耦合式.在过去的20年里，金刚石膜MPCVD装置经历了从早期的石英管、石英钟罩式，到后期的圆柱谐振腔式、椭球谐振腔式以及圆周天线式(CAP)谐振腔的发展。
MPCVD法同质外延生长单晶金刚石
MPCVD法同质外延生长单晶金刚石严垒;马志斌;陈林;付秋明;吴超;高攀【期刊名称】《新型炭材料》【年(卷),期】2017(32)1【摘要】利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法在高温高压(HPHT)下制备的单晶片上进行单晶金刚石同质外延生长,研究了甲烷浓度和衬底温度对金刚石生长的影响.利用扫描电子显微镜与激光拉曼光谱仪对生长前后的样品进行表征.结果表明,利用HPHT单晶片上生长时,主要为层状生长和丘状生长模式,丘状生长易出现多晶结构.降低甲烷浓度能够降低丘状生长密度,提高金刚石表面平整度;金刚石生长速率随甲烷浓度、工作气压和衬底温度的增加而提高,但过高的甲烷浓度(72%)和衬底温度(1150℃)会降低金刚石的质量.所生长出的单晶金刚石质量较为理想,衬底与生长层之间过渡比较自然,金刚石结晶度高,缺陷密度小,但随膜层增厚,非晶碳含量有所增加.%Homoepitaxial growth of single crystal diamond on a diamond substrate prepared by the high pressure high temperature method was carried out by microwave plasma chemical vapor deposition and the effects of methane concentration and substrate tem-perature on the quality of the as-grown diamond were investigated. The diamond was characterized by scanning electron microscopy and Raman spectroscopy. Results show that step growth and hillock growth are two main homoepitaxial growth modes, where a polycrystalline structure appears to form easily in the latter case. The surface roughness of the diamond is effectively improved by decreasing the methane concentration because itsuppresses hillock growth. The homoepitaxial growth rate increases with increasing methane concentration, pressure and substrate temperature. However, the quality of the diamond is decreased by increasing the methane concentration and substrate temperature above 2% and 1150 ℃, respectively. The content of amorphous carbon increases with growth layer thickness. A diamond with a high crystallinity and low defect concentration is obtained under optimal conditions.【总页数】5页(P92-96)【作者】严垒;马志斌;陈林;付秋明;吴超;高攀【作者单位】武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北省等离子体化学与新材料重点实验室,湖北武汉 430073;武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北省等离子体化学与新材料重点实验室,湖北武汉 430073;武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北省等离子体化学与新材料重点实验室,湖北武汉 430073;武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北省等离子体化学与新材料重点实验室,湖北武汉 430073;武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北省等离子体化学与新材料重点实验室,湖北武汉430073;武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北省等离子体化学与新材料重点实验室,湖北武汉 430073【正文语种】中文【中图分类】TQ163【相关文献】1.氧碳比对MPCVD法同质外延单晶金刚石的影响 [J], 吴高华;王兵;熊鹰;陶波;黄芳亮;刘学维2.温度对MPCVD法同质外延单晶金刚石缺陷的影响 [J], 丁康俊;马志斌;宋修曦;夏禹豪;耿传文3.衬底温度对单晶金刚石同质外延生长的影响规律研究 [J], 石磊;蒋春磊;牛卉卉;唐永炳4.单晶金刚石边缘表面倾斜角度对同质外延生长的影响 [J], 耿传文;夏禹豪;赵洪阳;付秋明;马志斌5.不同温度下同质外延生长单晶金刚石的应力分析 [J], 宋修曦;马志斌;耿传文;丁康俊;任昱霖因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
MPCVD单晶金刚石沉积设备
MPCVD单晶金刚石沉积设备
适合的应用:
化学气相沉积法制备高品质单晶金刚石
化学气相沉积法制备高品质多晶金刚石自支撑厚膜
化学气相沉积法制备高品质多晶金刚石薄膜
化学气相沉积法制备石墨烯、碳纳米管、富勒烯和金刚石膜等各种碳纳米薄膜产品特点：
本产品为不锈钢腔体式6kw微波等离子体设备，功率密度高；
水冷式基片台和水冷式金属反映腔，保证系统能长时间稳定工作；
基片温度以微波等离子体自加热方式达到；
真空测量仪表采用全量程真空计，可精确测量本底真空和工作气体压强；
真空泵及阀门采用涡轮分子泵(极限真空为1×10-5Pa)和旋片式机械真空泵(极限真空为1Pa)，系统可自动控制沉积气压；
配备冷却水循环系统，确保装置高功率下可长时间安全稳定运行；
系统带15寸触摸屏，PLC自动控制，可设置温度或气压恒定，可保存复用多达20套工艺文件；
全自动工艺控制模块，可以稳定可靠地制备高品质金刚石薄膜和晶体
全自动温度控制，气压控制，极大减轻系统操作员的工作量。
基于数值模拟mpcvd谐振腔开发与单晶金刚石生长方法
基于数值模拟mpcvd谐振腔开发与单晶金刚石生长方法嘿，咱今儿就来说说这基于数值模拟 MPCVD 谐振腔开发与单晶金刚石生长方法。
你说这数值模拟呀，就像是给谐振腔开发和单晶金刚石生长搭了一座神奇的桥。
想象一下，这谐振腔就好比是一个特别的舞台，而数值模拟呢，就是那个能精心设计舞台每一个细节的大师。
通过数值模拟，我们能清楚地看到这个舞台的各种可能性，找到最合适的搭建方式。
那单晶金刚石生长呢，就像是在这个舞台上要绽放的璀璨花朵。
要让这花朵开得又大又美，可不容易嘞！得仔细研究温度呀、压力呀、气体流动呀这些因素。
这就好比养花，温度不合适花不开，压力不对花长不好，气体流动有问题那花就可能畸形啦。
开发 MPCVD 谐振腔就像是在盖房子，得结构稳固、空间合理。
数值模拟能帮我们算出哪里该加强，哪里可以留出空间来。
这样一来，谐振腔就能更好地发挥作用，为单晶金刚石的生长提供一个完美的环境。
在这个过程中，可不是随随便便就能成功的哟！得不断尝试、不断调整。
就像学走路一样，一开始可能会跌跌撞撞，但慢慢就会找到平衡，走得稳稳当当。
咱再打个比方，这数值模拟就像是给我们配了一副超级清晰的眼镜，让我们能看清谐振腔和单晶金刚石生长的每一个细微之处。
有了这副眼镜，我们就能更准确地做出决策，少走弯路。
而且呀，这可不是一个人能搞定的事儿。
得有一群聪明的脑袋凑在一起，大家各抒己见，共同探讨。
就像一场热闹的研讨会，每个人都带着自己的想法和经验来，然后碰撞出智慧的火花。
这开发和生长的过程中，会遇到各种各样的问题和挑战。
但咱可不能怕呀！要像勇士一样，勇往直前，去攻克一个又一个难关。
等咱终于成功了，看着那亮晶晶的单晶金刚石，心里那叫一个美呀！总之呢，基于数值模拟的 MPCVD 谐振腔开发与单晶金刚石生长方法，那是充满了挑战和机遇的。
需要我们有足够的耐心、智慧和勇气。
相信只要我们努力，就一定能在这个领域取得丰硕的成果！这可不是我随便说说的哟，你想想看，这么多科学家都在努力研究，不就是为了让这神奇的技术越来越好嘛！所以呀，咱们也得加油嘞！。
MPCVD法合成单晶金刚石的研究及应用进展
MPCVD法合成单晶金刚石的研究及应用进展阳硕;满卫东;赵彦君;何莲;肖雄【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2015(000)003【摘要】单晶金刚石因其优异的物理化学性质，使其成为高新技术领域最有潜力的材料之一。
本文首先对CVD （化学气相沉积）法制备单晶金刚石进行了简介，然后对MPCVD（微波等离子体化学气相沉积）制备单晶金刚石过程中衬底选择、预处理、沉积参数等进行了详细评述，最后对MPCVD单晶金刚石在超精密加工、光学领域、粒子探测器、高温半导体及电子器件等方面的应用进行了介绍，并对未来单晶金刚石的发展作出了展望。
【总页数】8页(P131-138)【作者】阳硕;满卫东;赵彦君;何莲;肖雄【作者单位】武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，湖北武汉430073;武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，湖北武汉430073;武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，湖北武汉430073;武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，湖北武汉430073;武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，湖北武汉430073【正文语种】中文【中图分类】O781,O484【相关文献】1.MPCVD法合成单晶体金刚石的工艺探索(下) [J], 吴改;陈美华;宫旎娜;刘剑红;王健行2.MPCVD法合成单晶体金刚石的工艺探索(上) [J], 吴改;陈美华;宫旎娜;刘剑红;王健行3.温度对MPCVD法同质外延单晶金刚石缺陷的影响 [J], 丁康俊;马志斌;宋修曦;夏禹豪;耿传文4.MPCVD法同质外延生长单晶金刚石 [J], 严垒;马志斌;陈林;付秋明;吴超;高攀5.种晶表面粗糙度及边部形态对MPCVD法生长单晶金刚石的影响 [J], 廖佳;陈美华;吴改;刘剑红;孟国强因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
宝石级人造钻石(大颗粒单晶金刚石)地设备介绍----MPCVD新型地方法
宝石级人造钻石（大颗粒单晶金刚石）的设备介绍----MPCVD新型的方法介绍CVD金刚石设备，主要为微波CVD设备，是被公认的能够制备高品级的大颗粒金刚石和大面积金刚石厚膜。
有需要CVD设备，主要提供1 kW 5 kW 8 kW 微波等离子体CVD 设备，也欢迎咨询！目前化学气相沉积（CVD）法制备金刚石主要有：热丝CVD，直流电弧CVD，微波等离子体CVD。
这些方法在本质上都是用某种形式的能量来激励和分解含碳化合物气体分子,并在一定条件下使金刚石在基片表面成核和生长。
用于刀具涂层的热丝设备能够工业化得直流设备能够制备高品级钻石的微波设备热丝CVD 直流CVD 微波CVD各自的内部结构图，可以发现三者就是激发等离子体的方式不一样，有各自的优缺点做出来的金刚石的质量也是不一样的哦，看对比就知道了热丝主要用于刀具涂层上直流法生长不够稳定微波法最好，但是耗资较大三者对比可是看的出来的哦，三种方法做出来的东西就是不一样的因此，只有微波法能做出高品级金刚石！直接看看微波CVD金刚石的应用就知道好了：光学级金刚石能够应用到各个领域更重要的是，可以做钻石的！apollo公司生产0.28-0.67克拉的粉红CVD钻石，目前无色钻石最大可达16克拉微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)是制备高品质金刚石膜的首选方法。
主要优点为：无内部电极,可避免电极放电污染;运行气压范围宽; 能量转换效率高;可以产生大范围的高密度等离子体;微波和等离子体参数均可方便地控制等. 所以,它是制备大面积均匀、无杂质污染的高质量金刚石膜的有开发前景的重要方法.MPCVD 装置通常分为微波系统、等离子体反应室、真空系统和供气系统等四大部分. 微波系统包括微波功率源、环行器、水负载、阻抗调配器,有时还包括测量微波入射和反射功率的定向耦合器及功率探头和显示仪表. 微波频率通常选用工业用加热频段的2. 45GHz. 真空和统由真空泵、真空阀门和真空测量仪器(包括真空规管和显示仪器) 组成. 供气系统由气源、管道和控制气体流量的阀和流量计等组成. 这三个部分各自都是通用型的,可以适用于各种类型的MPCVD 装置和其他用途的实验装置. 等离子体反应室包括微波与等离子体的耦合器、真空沉积室以及基片台等. 不同类型的PCVD 装置的区别在于等离子体反应室形式的不同. 从真空沉积室的形式来分,有石英管式、石英钟罩式和带有微波窗的金属腔体式. 从微波与等离子体的耦合方式分,有表面波耦合式、直接耦合式和天线耦合式.在过去的20年里，金刚石膜MPCVD装置经历了从早期的石英管、石英钟罩式，到后期的圆柱谐振腔式、椭球谐振腔式以及圆周天线式(CAP)谐振腔的发展。
提高mpcvd金刚石生产效率的方法
提高mpcvd金刚石生产效率的方法提高MPCVD金刚石生产效率的方法摘要：MPCVD（微波等离子体化学气相沉积）是一种常用的金刚石薄膜生长技术。
本文将探讨一些可以提高MPCVD金刚石生产效率的方法，包括优化反应条件、改进基底处理、提高气体输送和增加生长区域等方面的措施。
引言：MPCVD技术是一种高效、低成本的金刚石薄膜生长方法，广泛应用于光学、电子、机械等领域。
然而，为了满足不断增长的市场需求，提高MPCVD金刚石生产效率变得尤为重要。
本文将介绍一些可行的方法，以帮助生产商提高生产效率。
一、优化反应条件1. 控制气体流量：合理控制甲烷、氢气等反应气体的流量，以确保充分的反应物供应，同时避免过量消耗。
2. 优化反应温度：通过调整反应温度，可以实现金刚石生长速率和质量的平衡。
过高的温度可能导致金刚石结构破坏，而过低的温度则会降低生长速率。
3. 控制反应时间：合理控制反应时间，以确保金刚石薄膜的充分生长，同时避免过长的反应时间造成资源浪费。
二、改进基底处理1. 表面清洁：在金刚石生长之前，对基底进行彻底的清洗和去除杂质处理，以提高金刚石薄膜的附着力和质量。
2. 基底预处理：通过在基底表面形成一层适当的缓冲层，可以提高金刚石生长的均匀性和质量。
三、提高气体输送1. 优化气体输送系统：确保气体输送系统的稳定性和可靠性，避免气体泄漏和压力不稳定等问题。
2. 使用高纯度气体：使用高纯度的反应气体，可以减少杂质对金刚石生长的干扰，提高生长效率和质量。
四、增加生长区域1. 扩大反应室尺寸：增加反应室的尺寸，可以同时生长多个金刚石薄膜，提高生产效率。
2. 多层生长：通过多层生长技术，可以在同一次反应中生长多层金刚石薄膜，进一步提高生产效率。
结论：通过优化反应条件、改进基底处理、提高气体输送和增加生长区域等方法，可以有效提高MPCVD金刚石生产效率。
然而，需要根据具体情况进行调整和优化，以实现最佳效果。
随着技术的不断进步，相信MPCVD金刚石生产效率将会得到进一步提高，满足市场需求的增长。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
宝石级人造钻石(大颗粒单晶金刚石)的设备介绍----MPCVD新型的方法宝石级人造钻石（大颗粒单晶金刚石）的设备介绍----MPCVD新型的方法介绍CVD金刚石设备，主要为微波CVD设备，是被公认的能够制备高品级的大颗粒金刚石和大面积金刚石厚膜。
有需要CVD设备，主要提供1 kW 5 kW 8 kW 微波等离子体CVD 设备，也欢迎咨询！目前化学气相沉积（CVD）法制备金刚石主要有：热丝CVD，直流电弧CVD，微波等离子体CVD。
这些方法在本质上都是用某种形式的能量来激励和分解含碳化合物气体分子,并在一定条件下使金刚石在基片表面成核和生长。
用于刀具涂层的热丝设备能够工业化得直流设备能够制备高品级钻石的微波设备热丝CVD直流CVD微波CVD各自的内部结构图，可以发现三者就是激发等离子体的方式不一样，有各自的优缺点做出来的金刚石的质量也是不一样的哦，看对比就知道了热丝主要用于刀具涂层上直流法生长不够稳定微波法最好，但是耗资较大三者对比可是看的出来的哦，三种方法做出来的东西就是不一样的因此，只有微波法能做出高品级金刚石！直接看看微波CVD金刚石的应用就知道好了：光学级金刚石能够应用到各个领域更重要的是，可以做钻石的！apollo公司生产0.28-0.67克拉的粉红CVD钻石，目前无色钻石最大可达16克拉微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)是制备高品质金刚石膜的首选方法。
主要优点为：无内部电极,可避免电极放电污染;运行气压范围宽; 能量转换效率高;可以产生大范围的高密度等离子体;微波和等离子体参数均可方便地控制等. 所以,它是制备大面积均匀、无杂质污染的高质量金刚石膜的有开发前景的重要方法.MPCVD 装置通常分为微波系统、等离子体反应室、真空系统和供气系统等四大部分. 微波系统包括微波功率源、环行器、水负载、阻抗调配器,有时还包括测量微波入射和反射功率的定向耦合器及功率探头和显示仪表. 微波频率通常选用工业用加热频段的 2. 45GHz. 真空和统由真空泵、真空阀门和真空测量仪器(包括真空规管和显示仪器) 组成. 供气系统由气源、管道和控制气体流量的阀和流量计等组成. 这三个部分各自都是通用型的,可以适用于各种类型的MPCVD 装置和其他用途的实验装置. 等离子体反应室包括微波与等离子体的耦合器、真空沉积室以及基片台等. 不同类型的PCVD 装置的区别在于等离子体反应室形式的不同. 从真空沉积室的形式来分,有石英管式、石英钟罩式和带有微波窗的金属腔体式. 从微波与等离子体的耦合方式分,有表面波耦合式、直接耦合式和天线耦合式.在过去的20年里，金刚石膜MPCVD装置经历了从早期的石英管、石英钟罩式，到后期的圆柱谐振腔式、椭球谐振腔式以及圆周天线式(CAP)谐振腔的发展。
下面一一进行介绍：1. 直接耦合石英管式MPCVD装置的结构装置图结构图这也是最常用、最简单也是最早出现的微波等离子装置是直接耦合石英管式装置。
此装置的基本工作原理是：2．45 GHz微波经过波导管、磁控管和环行器，在阻抗螺钉和波导管中的短路活塞共同调节下进入直径50 mm的石英管真空反应室，从而在电场最强的放电管中部生成稳定的等离子体球。
装置如上图所示。
等离子体球的精确位置可以通过波导终端的短路滑片来调节。
当微波功率增大到一定时击穿气体放电并形成等离子体球。
该装置的特点是将石英管真空室直接插入到波导管内，微波在阻抗调配器和短路活塞的调节下直接耦合激励产生等离子体。
在直接耦合石英管式反应器中，当微波功率加大时。
石英管会受热软化，因此该类反应器的微波功率受到限制，微波发生器产生的微波频率为2．45 GHz，但其输出可调功率范围为0—800 W，有效最大功率仅为400-500 W。
这类小功率设备发展比较成熟，用于摸索参数和研究性的实验具有高的性价比，2. 天线耦合石英钟罩式微波等离子体CVD 装置装置图：以SEKI公司的AX5010为例，最大功率为1.5 kw，目前售价为10万美金结构图我国已于1993 年成功研制出天线耦合石英钟罩式800 W的MPCVD 装置。
石英钟罩式MPCVD 装置原理及特点: 与石英管式不同的是石英钟罩式MPCVD 装置存在模式转换。
该装置的工作原理是微波产生频率为2.45 GHz 的微波, 沿矩形波导以TE10 模式传播, 经过环行器、三螺钉调配器和发射天线等的共同作用, 微波传播模式转换为沿圆形波导传播的TM01 模式, 最后在谐振腔( 石英钟罩)内激励其中的气体形成均匀等离子体球。
沉积腔体直径达到!120 mm, 等离子体球的直径取决于沉积腔体中的气体压力和微波功率。
沉积温度以微波自加热方式来达到。
此装置由于存在模式转换而能够在石英真空腔体中激励出等离子体球。
石英钟罩距离等离子体球较远, 因此不易产生器壁污染, 同时薄膜的沉积面积也得到扩大。
这样对于面积较大、纯净度要求高的金刚石薄膜的沉积极为有利。
随着真空腔体尺寸的扩大, 改善了石英管式沉积装置中微波功率和沉积气压等参数的限制, 从而拓展了金刚石薄膜沉积规律的研究范围。
3. 天线耦合不锈钢谐振腔式MPCVD 装置装置图：5kw 天线耦合不锈钢谐振腔结构图该装置包括2.45 GHz、5.0 kW的磁控管微波源、环形器与水负载、定向耦合器与微波功率计、三螺钉阻抗调配器、天线耦合式微波模式转换器、内径为1143 mm 的带有石英微波窗和观察窗的水冷却不锈钢反应室以及4 路质量流量控制器、机械真空泵、红外测温仪、热偶真空计和U 形水银压力计等。
其中微波模式转换器可把矩形波导的TE10 模式转换为圆波导的TM01模式, TM01 模式激发低压含碳气体( 133 ～ 9 310 Pa, H2 中混入0.1%～5.0%的CH4) 形成等离子体。
由于TM01 驻波模式的电场等势面分布为不接触谐振腔壁的同心椭球, 故TM01 模式能激发不接触腔壁的椭球状等离子体, 避免了接触污染, 从而可制备出高质量的金刚石薄膜。
石英钟罩式设备用钟罩形（或杯形，盘形）石英窗，不锈钢反应室式设备用圆形平板石英窗，是两种能通过微波并隔离大气与真空环境的微波等离子体装置的关键部件。
从形成清洁环境（指没有金属腔体的金属对处理试样的污染）和激励等离子体的场强分布等方面来看，钟罩形石英窗优于圆形平板石英窗；从制造成本和石英窗的散热冷却方面来说，圆形平板石英窗优于钟罩形石英窗（钟罩面积大）。
两者各有优缺点。
制备金刚石膜的基体温度通常为600 ～1200 C°。
对于较高功率的装置，不锈钢反应室（用圆形平板石英窗）可加水冷夹套，使得设备制造成本偏高。
在1000 C°以下石英制品的长期使用是稳定和安全的，反应室由不锈钢底盘和石英钟罩以及金属圆筒形微波腔构成，制造成本可明显下降。
所以石英钟罩式是微波功率在2KW以下的一种很好的装置类型。
以前美国Wavemat公司生产和销售的就是这类装置产品。
对于更高功率和更大体积的微波等离子体制备金刚石膜设备，因石英钟罩的制造成本和散热冷却要求等不足之处成为主要问题，故通常采用水冷夹套不锈钢反应室式为宜。
SEKI公司是世界上著名的金刚石膜制备装置制造厂商，微波功率从1KW直至75KW，是目前唯一出售第三代大功率（75KW）微波等离子体制备金刚石膜专用装置的一家公司。
对不锈钢谐振腔式MPCVD 装置进行进一步改进，可实现10kW 的微波功率输入，并可进一步提高沉积速率。
基于装置尺寸的局限性，微波频率为2.45GHz 下制备的等离子体面积有限，同样可以利用石英钟罩式对装置尺寸扩大的思想，通过改变微波的频率来增大石英板式圆柱形谐振腔内激发的等离子体面积。
改进不锈钢谐振腔式MPCVD 装置图：ModelAX6550/65604. 椭球形MPCVD 装置椭球形MPCVD 装置的谐振腔可看作是一种准光学谐振腔，腔体的设计主要利用了椭球的焦点的原理。
准光学谐振腔是光波在其中来回反射从而提供光能反馈的空腔，通常由两块与工作介质轴线垂直的平面或凹球面反射镜构成。
整个微波系统包括微波源，传输微波的矩形波导，调节系统阻抗的三螺钉阻抗调配器和短路活塞，以及耦合微波的模式转换天线。
从磁控管出发的微波沿着矩形波导以TE10 模式传播，然后经三螺钉调配器和短路活塞的调节，使得整个系统内的阻抗达到匹配状态，同时，将模式转换天线放置在矩形波导中电场最强处，利于微波耦合到椭球形谐振腔中。
微波经由天线从一个焦点馈入，在另一个焦点产生稳定的较大的电场，等离子体区域主要分布在椭球的下方焦点处。
在下方焦点处放置一个石英钟罩，钟罩内放置水冷基片台，等离子体将在石英钟罩内激发。
椭球形谐振腔具有诸多优异的性能，如：激发的等离子体强度和位置十分稳定，不管气压和工作的微波功率如何变化，它始终保持在基片台上方处，与基片台具有良好的接触。
同时，微波与等离子体的耦合效率非常高，不需要采用多余的器件来进行整个系统的阻抗调配。
虽然椭球形谐振腔相较圆柱形谐振腔更适合高功率，高压力的金刚石薄膜沉积环境。
但椭球形谐振腔却存在尺寸较大，并且采用石英钟罩包围基片台的方式，不利于系统的冷却等缺点，因此，在一定程度上限制了它的应用。
椭球形MPCVD 装置图结构图为由于微波等离子体CVD法是制备优质金刚石薄膜的主流方法，同时微波等离子体在材料制备和处理，微电子器件制造，纺织品表面改性，机械产品加工等众多领域有极为广泛的应用，国外有许多公司正在研制和生产与销售微波等离子体CVD制备金刚石膜设备，这类设备同样可以应用于微波等离子体的其他应用领域。
用微波等离子体化学气相渗透(CVI)法可制备高性能的金刚石复合材料。
美国Crystallume公司曾研制出一类新的合成金刚石,称为金刚石复合陶瓷,用微波等离子体制备金刚石膜的类似方法将高温高压法生产的金刚石颗粒的聚集体进行固结，能以相当低的费用生产出直径为10cm厚4mm的具有光洁平滑表面的金刚石复合体部件。
近年来，美国Garnegie研究所和Alabama大学合作，用改造过的Wavemat MPDR313E MP 型微波等离子体化学气相沉积装置制备成功人造金刚石单晶（钻石）。
美国Apollo 公司用类似于ASTeX公司的微波等离子体制备金刚石膜装置制造出人造金刚石单晶（钻石）并在世界各国销售，价格约为天然钻石的三分之一。
这方面的进展更突出了微波等离子体方法制造金刚石膜产品的优越性和重要性。
下面罗列出国外出售的MPCVD装置SEKI公司研制的MPCVD设备简介AX500 MPCVD装置输入的最大微波功率为1.5 kw 该设备的金刚石膜及其拉曼光谱Model AX5250/AX5400 (5 kW)AX6300工作中产生的等离子体该设备制备的金刚石膜从左往右依次为：微米级，高取向100面。