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新材料技术

需求背景

化学气相沉积金刚石的合成方法较多，其制备金刚石的过程主要为：将金刚石基片放置于基片托上，再将基片托放置于水冷台上方，金刚石基片与等离子体接触，从而将等离子体的热量通过金刚石基片传递给基片托，基片托再将热量传递给水冷台，从而保持热平衡。在稳定温度环境下，实现金刚石的沉积。通常合成金刚石的温度范围在800-1400℃之间，当微波功率固定的时候，气压越高，等离子体的功率密度越大，反之越小。

等离子技术是化学气相沉积金刚石的一种技术，可以采用直流等离子体或微波等离子体合成金刚石，得到的金刚石具有较好的质量，且等离子技术可以合成多种类型的金刚石，如单晶金刚石、多晶金刚石、微米级金刚石薄膜、纳米级一级超细纳米级金刚石薄膜等，因此，等离子技术成为了合成金刚石的常规方法。使用等离子技术制备金刚石的装置通常包括能量供应系统、微波谐振器和金刚石沉积窗口，其中，用于沉积金刚石的基片置于基台组件上，所述基台组件包括水冷台和设置在所述水冷台上的基片托。其工作原理为：在金刚石沉积窗口通入工作气体如甲烷和氢气，通过外部电场能量(直流或微波能量) 将甲烷和氢气击穿，形成混合的等离子体。

需解决的主要技术难题

此技术需解决:

1.金刚石与水冷台之间的热传递路径被改变，从而使得金刚石合成温度发生漂移升高，甚至超过金刚石的生长温度

2.如果不及时降低电源的输入功率，或者降低气压，金刚石的生长将会被中断，给生产造成损失，非常不利于工业化生产

期望实现的主要技术目标

a 有效改变沉积金刚石的基片在生长过程中由于石墨的产生而导致的温度漂移问题，大幅度延长金刚石合成时间

b 可以有效增加热传导效率，且可以防止甲烷气体的进入，降低石墨的生成程度

c 减少所述基片托外部边缘的温度，达到减少石墨堆积的目的，可保证金刚石的稳定生长，特别是高微波功率密度下的金刚石稳定生长

需求解析

解析单位：天津市滨海新区 解析时间：2023-07-20

吴正斌

天津中科先进技术产业有限公司

总经理

综合评价

这个企业已经有一定的基础，建议与相关学会组织搭建平台，请学会以及研究所、大学和相关企业参与，可能会攻克难关，会对我们国家甚至世界所存在问题提出解决的措施并做出贡献，前途可期。

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