发布时间：2024-04-23 来源：网络
本发明涉及一种金刚石半导体的制备装置和制备工艺，属于金刚石半导体加工领域。
半导体行业一直众多领域所关心的，因为很多高端设备上都需要应用到半导体，而近年来在半导体行业中也慢慢涌现出利用金刚石作为材料来制作半导体，行业内还称作其为“终级半导体”，这是由于金刚石具有优良的半导体特性，是极具应用前景的宽带半导体材料之一，它具有间接带隙，禁带宽度为5.47ev。在加热时，由于热激发，半导体中的电子从价带跃迁到导带的概率增加，半导体的导电性也增加。
但是金刚石半导体也是具有一定弊端的，就是造价偏昂贵，而且金刚石半导体不同于普通的金刚石，制作出来的金刚石半导体的导电性能也是一个非常重要的指标的，目前制作金刚石半导体的主要工艺之一包括挤压工艺，利用多面顶压机对材料进行挤压以形成成品的金刚石半导体。
而目前此类的顶压制作设备，其制作过程仅仅是挤压成立方体的金刚石半导体，但是最终制作完成后的金刚石半导体的导电性如何，并不能明确得知，有些甚至还单独对这些金刚石半导体进行导电性能测试，使得在最终成品之前要多增加一些步骤，而有时如果检测出来的金刚石半导体导电性达不到预期的话，则可能需要重新进行制作，严重的甚至直接报废，这种良品率太低的问题，这无疑大大提高了制作成本，这使得原本造价昂贵的基础上更是阻碍重重。
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足而提供一种金刚石半导体的制备装置，使得在制备过程中同时对金刚石半导体进行导电测试，可以一次性完成成品制备，同时可以提高成品的良品率，而且大大降低金刚石半导体的制作成本。
一种金刚石半导体的制备装置，包括六个顶压单元，所述六个顶压单元沿立方体的六个面方向进行顶压，相邻顶压单元之间相互铰接，每个顶压单元包括顶压锤和驱动所述顶压锤伸缩的驱动油缸，所述六个顶压单元中，至少两个相互对立侧的所述顶压单元内部设置有导电元件，所述导电元件与各自的顶压锤端面之间形成电接触，所述相互对立侧的两个顶压锤与被挤压在该两个顶压锤端面之间的金刚石半导体形成电性通路，所述两个相互对立侧的顶压单元内的导电元件相互串联至电路检测器上，以对挤压在两个顶压锤端面之间的金刚石半导体进行导电检测。
本发明中，在至少两个相互对立侧的所述顶压单元内部设置有导电元件，对于顶压锤而言，通常由硬质合金等制成，具备良好的导电性能，导电元件与顶压锤可以实现电路连通。当两个相互对立侧的顶压锤挤压住在中间的金刚石半导体时，相当于“顶压锤—金刚石半导体—顶压锤”三者之间形成电性通路，由于顶压锤内部设置导电元件，同时这两个导电元件相互串联至电路检测器上，所以利用电路检测器可以检测出被挤压在两个顶压锤之间的金刚石半导体的导电性能。
如此设计，将原本仅局限于制备成型的顶压设备，也兼备了导电检测的功能，而且在制备过程中能够实时进行监测，如果导电性能没有达到预期，可以人工或者自动的方式，继续压制制备，直至到达合格的成品金刚石半导体。这样可以显著增加一次性制备的良品率。而传统的金刚石半导体制备装置，通常只能根据经验判断，或者只能根据设备自身的统一设定来制备金刚石半导体，这样的制备装置，良品率非常不稳定，一旦不合格的话，会大大增加金刚石半导体的制备成本。而显然，利用本发明的设计，可以将良品率控制在很高的标准上，而且一次性完成检测和制备两个工艺，避免了返工等问题的发生。
作为优选，所述顶压锤内设置有汇流构件，所述汇流构件包括汇流板和连接至所述汇流板的多根导电丝，所述多根导电丝分布在顶压锤内部，且导电丝的端部靠近顶压锤的端面，所述导电元件与汇流板电接触。设计汇流构件后，可以进一步增加顶压锤与导电元件之间的导电性能，减少电路损耗。
作为优选，所述顶压锤包括顶压头和顶压内芯，所述顶压头的硬度大于顶压内芯的硬度，所述顶压内芯预设有加热丝，所述汇流构件位于顶压内芯中。将顶压锤分区设计，可以减少成本，同时设置加热丝可以作为加热用，作为辅助压制。
作为优选，所述加热丝呈多环状绕设，所述导电丝为热敏导电丝，所述多根导电丝分布在相邻环之间的径向空间内。在结构布局上进行优化，可以使得结构紧凑的同时，也对导电丝的导电性能有一定优化，实现相辅相成的效果。
作为优选，所述六个顶压单元中均设置有导电元件，六个顶压单元中的顶压锤均为锥形锤，挤压时所述相邻的两个顶压锤的侧面之间相互贴紧，所述锥形锤的端面为导电面，所述锥形锤的侧部为绝缘面。当六个顶压单元中均设置有导电元件时，如果要准确测得两个相对立侧面的导电元件通路，则需要把另外几个顶压单元的导电面给排除，故要设计绝缘面，从而使得六个顶压单元的顶压锤之间相互不导电。
作为优选，所述锥形锤的侧面设置有绝缘涂层；或者，所述锥形锤包括中间导电区和侧部区，所述中间导电区与侧部区之间有绝缘隔层，所述导电元件与中间导电区电性连接。关于绝缘面的设计，可以是有多种方式，具体可以根据实际需要来选择。
作为优选，所述顶压锤内部设置温控器，所述制备装置还包括控制单元和图像输出端，所述温控器、电路检测器检测到的数据发送至所述控制单元，所述控制单元将所述温控器和电路检测器之间形成关系图，并传输至图像输出端进行显示。优选设计一个图像输出端，从而可以将制备装置中的温度参数和导电性能参数，两者通过直观的图像或图表进行展示，可以让操作者看到温度参数与导电性能之间的关系，可以更好地提供数据参考，可以根据实际需要选择适合的参数设定来制备出所需的金刚石半导体。
作为优选，所述控制单元分别与所述驱动油缸连接；和/或，所述顶压锤内设有加热丝，所述加热丝与所述温控器连接，所述控制单元与所述温控器连接。控制单元可以用于控制驱动油缸或温控器，从而来控制驱动油缸或加热丝是否进行运动，来实现自动控制的目的。
另外，本发明还公开了一种金刚石半导体的制备工艺，采用上述任意一种方案中所述的制备装置，还包括控制单元，所述控制单元连接所述驱动油缸、电路检测器，所述制备工艺包括：
s1、控制单元内设有压力阈值，将所述驱动油缸的压力值与所述压力阈值比较，来控制所述电路检测器的电路是否接通；
s2、所述控制单元内预设有电路检测阈值，所述电路检测阈值为电流值或电压值，所述电路检测器检测的两个导电元件之间的电流值或电压值，当电路检测器的电路接通后，与电路检测阈值进行比较，根据判断结果来控制驱动油缸的是否继续运动；
所述顶压锤内设有加热丝和与加热丝连接的温控器，所述温控器与所述控制单元连接，所述电路检测器检测的两个导电元件之间的电流值或电压值未达到电路检测阈值时，所述控制单元控制温控器继续加热；
s3、所述电路检测器检测到的两个导电元件之间的电流值或电压值达到电路检测阈值时，控制所述温控器和驱EMC易倍体育 易倍EMC动油缸停止。
利用这个制备工艺，基本完成了全自动制备工艺，首先利用压力阈值的设计，来自动控制电路检测功能的开启，在压力值没达到压力阈值时，电路检测功能是不开启的，相当于整个检测电路是处于断开状态的，通常压力值没达到压力阈值存在以下两种情况，一种是顶压设备完全不工作的情况，另一种是开始工作但是还没达到成型压力的情况。利用这种设计，可以减少不必要的电路损耗，避免还没达到成型指标时就开始检测电路，另外也避免了在未工作状态下不必要的安全问题。
当电路检测功能开启后，控制单元会根据预设的电路检测阈值，来判断驱动油缸是否继续运行，另外，控制单元也会根据预设的电路检测阈值来控制温控器是否让加热丝继续运行，主要是让控制单元来自动控制压力和温度两个参数，从而通过调整这两个参数来使得检测的电流值或电压值达到电路检测阈值，从而使得金刚石从制备到成品都通过该制备工艺一次完成，不仅简化了工艺，而且良品率更有保障，还能减少返工问题。
作为优选，所述控制单元内设置有电阻补偿，所述电阻补偿为顶压锤端面与导电元件之间的电流或电压损耗值，当图像输出端显示有两个顶压锤端面之间的电流值或电压值为时，显示的电流值或电压值为a2，电路检测器所检测的实际电流值或电压值为a1,所述电阻补偿值为a0，满足a2＝a1+a0。由于很多企业对金刚石半导体的导电性能会有一定的标准，通常这种标准是相对比较精确的，而设置电阻补偿，则可以把因为顶压锤部分损耗的电流或电压以补偿的方式显示到图像输出端，这样可以更加直观精确地看到。
下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。
在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系的，仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，是目前现有技术中金刚石的制备装置，用于制备出立方体的金刚石，其结构上包括六个顶压单元100，所述六个顶压单元100沿立方体的六个面方向进行顶压，相邻顶压单元100之间相互铰接，每个顶压单元100包括顶压锤10和驱动所述顶压锤10的驱动油缸，这种被称为六面顶压机，金刚石半成品被挤压在六个顶压单元100之间慢慢成型。
目前这类制备装置，仅仅是将金刚石制备成型，但是如果是金刚石半导体的话，通常还需要对其导电性能进行检测，所以通常还需要对其制备成型后的金刚石半导体200进行导电性能检测，会多增加工艺步骤，而且最影响制备成本的是，一旦发现导电性能达不到预期，则需要重新返回制备装置中压制，有些甚至经过再次压制也无法达到预期，则可能需要报废处理，这样会大大增加金刚石半导体的制备成本。
而在本发明的实施例中，所述六个顶压单元100中，至少两个相互对立侧的所述顶压单元100内部设置有导电元件2，所述导电元件2与各自的顶压锤10之间形成电接触，所述相互对立侧的两个顶压锤10与被挤压在该两个顶压锤10端面之间的金刚石半导体200形成电性通路，所述两个相互对立侧的顶压单元100内的导电元件2相互串联至电路检测器3上，以对挤压在两个顶压锤10端面之间的金刚石半导体200进行导电检测。
在本实施例中，由于在至少两个相互对立侧的所述顶压单元100内部设置有导电元件2，对于顶压锤10而言，通常由硬质合金等制成，具备良好的导电性能，导电元件2与顶压锤10可以实现电路连通。当两个相互对立侧的顶压锤10挤压住在中间的金刚石半导体200时，相当于“顶压锤10—金刚石半导体200—顶压锤10”三者之间形成电性通路，由于顶压锤10内部设置导电元件2，同时这两个导电元件2相互串联至电路检测器3上，所以利用电路检测器3可以检测出被挤压在两个顶压锤10之间的金刚石半导体200的导电性能。
如此设计，将原本仅局限于制备成型的顶压设备，也兼备了导电检测的功能，而且在制备过程中能够实时进行监测，如果导电性能没有达到预期，可以人工或者自动的方式，继续压制制备，直至到达合格的成品金刚石半导体200。这样可以显著增加一次性制备的良品率。而传统的金刚石半导体制备装置，通常只能根据经验判断，或者只能根据设备自身的统一设定来制备金刚石半导体，这样的制备装置，良品率非常不稳定，一旦不合格的话，会大大增加金刚石半导体的制备成本。而显然，利用本实施例的设计，可以将良品率控制在很高的标准上，而且一次性完成检测和制备两个工艺，避免了返工等问题的发生。
为了减少顶压锤10端面与导电元件2之间的电路损耗，使得顶压锤10端面与导电元件2之间的导向性能更好，所述顶压锤10内设置有汇流构件4，所述汇流构件4包括汇流板41和连接至所述汇流板41的多根导电丝42，所述多根导电丝42分布在顶压锤10内部，且导电丝42的端部靠近顶压锤10的端面，所述导电元件2与汇流板41电接触。因为顶压锤10通常是合金材料制成，该合金材料的通电性能可能并没有传统的导电元件2好，而且可能在顶压锤10的端面而言，每一位置的导电性能可能也不均匀，故本实施例中特意设计了汇流构件4，首先该汇流构件4的导电丝42自身是具备较好的导电性能，其次设计了多根导电丝42，这些导电丝42可以均布在顶压锤10的端面各个位置，如此可以让顶压锤10的端面导电性更加均匀。最后把所有的导电丝42全部汇流到一个汇流板41上，统一输出电流。
由于顶压锤10的自身硬度要求较高，为了降低顶压锤10自身的材料成本，本实施例所述顶压锤10包括顶压头101和顶压内芯102，顶压头101的材质和顶压内芯102的材质可以区分，将所述顶压头101的硬度大于顶压内芯102的硬度，而顶压内芯102则可以采用要求相对较低的材料进行填充，而且在所述顶压内芯102内可以预设有加热丝5，所以对于顶压内芯102而言，可以选择导热性好，且硬度要求不高的材料。所述汇流构件4位于顶压内芯102中。
另外，在结构布局上，本实施例中，所述加热丝5呈多环状绕设，所述多根导电丝42分布在相邻环之间的径向空间内。具体可参考图4所示，加热丝5的呈多个环状设计，多个环形之间存在径向空间，而加热丝5是轴向设计，这些加热丝5刚好被布局在这些径向空间内，从而使得整体结构上更加紧凑，使得原本空间不是很充裕的顶压内芯102，空间得以很好的利用。另外，在实际运行时，还有意外的效果，本实施例中所述导电丝42为热敏导电丝，因为导电丝42被布局在加热丝5的环形之间，所述导电丝42易受到温度的影响，热敏导电丝42随着温度升高电阻值下降，会让导电丝42的导电性能更好，而在加热丝5未工作情况下，导电丝42的电阻率较高，自然就不太容易形成电路导通，从而自然形成一种物理断开状态。故将导电丝42布置在加热丝5的环形之间，实现相辅相成的技术效果。
此外，在顶压单元100的其他结构，顶压单元100还包括顶压主体103，顶压主体103和顶压锤10之间固定连接，顶压主体103内部设置空腔1031，另外，顶压主体103的另一端设置有端盖104，端盖104上设置通孔1041，以上的空腔1031、通孔1041，都可以供连接导线，可以与顶压缸体之间保证伸缩的润滑性。
为了使得整个制备装置能够检测多个面之间的导电性能，所述六个顶压单元100中均设置有导电元件2。在现有技术中，对于六面顶压机而言，六个顶压单元100中的顶压锤10均为锥形锤，挤压时所述相邻的两个顶压锤10的侧面之间相互贴紧，这样才能保证六个顶压锤10的侧面之间是无间隙的，但是如果让六个顶压锤10侧面相互接触，则会导致六个顶压锤10之间相互电性导通，这就无法实现本发明中检测某两个对立面之间的导电性能的目的了。所以，为了解决这种情况，本实施例中，是将所述锥形锤的端面为导电面，而所述锥形锤的侧部为绝缘面。如此设计，六个顶压锤10的侧面之间是不相互导通的。
具体而言，可以在所述锥形锤的侧面设置有绝缘涂层104，可以参考图5所示，图5中展示的，金刚石半导体200左端面、右端面之间形成电路通路，上端面和下端面之间形成电路通路，这两个电路通道之间相互独立不干扰。对于这样的设计，具体可以根据实际需要来选择，有些金刚石半导体200，其只要求某两个面之间满足导电性能即可，而有些金刚石半导体200可能需要对多个面之间的导向性能有要求。故设计多面检测，可以根据实际需要来选择。
需要说明的是，对于绝缘结构，除了设计绝缘涂层104这种方式外，还可以将所述锥形锤设计成包括中间导电区和侧部区，所述中间导电区与侧部区之间有绝缘隔层，所述导电元件2与中间导电区电性连接。
另外，为了让使用该制备装置的操作人员或者管理人员，能够更加直观了解该设备制造的金刚石半导体200的导电性能与温度之间的关系，所述顶压锤10内部设置温控器，该温控器是连接加热丝5的，用于控制加热丝5的加热温度，同时所述制备装置还包括控制单元和图像输出端，所述温控器、电路检测器3检测到的数据发送至所述控制单元，所述控制单元将所述温控器和电路检测器3之间形成关系图，并传输至图像输出端进行显示。
这个功能在实际使用时，非常关键且实用，因为传统的制备装置通常只是制备成型，最终的导电性能也只是一个最终结果，其中间过程是不清楚的，比如，传统的设定1000度温度，制成的金刚石半导体能达到预期的导电性能，但是有可能从0度到1000度之间的过程中，其中在900度时也能让金刚石半导体达到预期，但是往往这个900度的温度设定很多使用者是没办法知晓的，这无形之中增加一些能耗，或者说有可能在1000度时的导电性能还不如900度时的导电性能，那显然该温度的设定还不足以让金刚石半导体的导电性能达到最优，所以设定了一个图像输出端，用于实时显示温度和导电性能的关系比例，这样可以为以后制定出更优的温度参数提供非常直观的数据支撑，同时也可以为节省能耗、金刚石半导体导电性能最优化提供帮助。
此外，影响金刚石半导体导电性能的不仅仅有温度环境，还包括压力环境，故在图像输出端上，还优选包括压力值，如图6所示，y轴为金刚石半导体200的导电性能，x轴为温度值/压力值，图中显示有两根曲线，分别代表了温度—导电性能、压力—导电性能的关系。在y轴上设置有下极限参考线ymin和上极限参考线ymax，下极限参考线ymin和上极限参考线ymax通常是金刚石半导体200导电性能的范围指标，一般在该范围里较为合理，通过这样的图表，可以合理判断出温度的取值范围，以及压力的取值范围。需要说明的是，图6的曲线仅仅是示意性，并非实际图像。
另外，为了使得图像输出端上展示的导电性能更加与实际成品的导电性能吻合、贴近。所述控制单元内设置有电阻补偿，所述电阻补偿为顶压锤10端面与导电元件2之间的电流或电压损耗值。由于很多企业对金刚石半导体200的导电性能会有一定的标准，通常这种标准是相对比较精确的，是针对于成品的金刚石半导体200而言的。但是在本实施例中，虽然检测了金刚石半导体200两端面之间的导电性能，但是从金刚石半导体200的端面到导电元件2之间，还存在一部分的电路损耗，而这部分的电路损耗大部分来自于顶压锤10端面到导电丝42那部分。而本实施例中，设置电阻补偿，则可以把因为顶压锤10部分损耗的电流或电压以补偿的方式显示到图像输出端，这样可以更加直观精确地看到。
电阻补偿的具体方式：当图像输出端显示有两个顶压锤10端面之间的电流值或电压值为时，显示的电流值或电压值为a2，电路检测器3所检测的实际电流值或电压值为a1,所述电阻补偿值为a0，满足a2＝a1+a0。设计电阻补偿后，在图像输出端上显示的电流值或电压值，与实际的金刚石半导体导电指标会更加接近或者吻合。
此外，本实施例中，所述控制单元还分别与所述驱动油缸、温控器连接，从而实现一种自动化控制的过程，因为控制单元接收电路检测器3的导电性能数据，当导电性能还未达到预期设定时，控制单元自动控制油缸、加热丝5的运行，利用控制压力、温度的环境因素来让金刚石半导体达到预期的导电性能。
另外，基于上述制备装置，本发明还公开一种金刚石半导体的制备工艺，所述制备工艺包括：
s1、控制单元内设有压力阈值，将所述驱动油缸的压力值与所述压力阈值比较，来控制所述电路检测器3的电路是否接通；
s2、所述控制单元内预设有电路检测阈值，所述电路检测阈值为电流值或电压值，所述电路检测器3检测的两个导电元件2之间的电流值或电压值，当电路检测器3的电路接通后，与电路检测阈值进行比较，根据判断结果来控制驱动油缸的是否继续运动；
所述顶压锤10内设有加热丝5和与加热丝5连接的温控器，所述温控器与所述控制单元连接，所述电路检测器3检测的两个导电元件2之间的电流值或电压值未达到电路检测阈值时，所述控制单元控制温控器继续加热；
s3、所述电路检测器3检测到的两个导电元件2之间的电流值或电压值达到电路检测阈值时，控制所述温控器和驱动油缸停止。
s4、将电路检测器3检测的实时数据，与温控器的温度值、驱动油缸的压力值输出成关系图，在图像输出端上进行输出展示。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。
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