[发明专利]大尺寸单晶金刚石及其制备方法

说明书

本发明公开了一种大尺寸单晶金刚石及其制备方法。所述制备方法包括：沿第一金刚石单晶片的厚度方向对其周缘部进行切割，使形成的切割面垂直于第一金刚石单晶片的上下表面，之后依次进行研磨、清洗及等离子体刻蚀处理，再以第一金刚石单晶片作为生长基底生长金刚石单晶层；之后从金刚石单晶层中分离获得径向尺寸大于第一金刚石单晶片的第二金刚石单晶片，然后将第二金刚石单晶片作为新的生长基底，并循环以上操作直至获得所需的大尺寸单晶金刚石。本发明有效解决了由小尺寸单晶金刚石不能直接外延生长为大尺寸单晶金刚石以及外延过程中易产生多晶的问题；所制得的制备的到的大尺寸单晶金刚石晶体均匀度高，整体性强。

技术领域

本发明涉及金刚石制备技术领域，尤其涉及一种大尺寸单晶金刚石及其制备方法。

背景技术

宝石级金刚石，又称钻石，光泽灿烂，晶莹剔透，被誉为宝石之王，价值昂贵，是世界公认的第一货品，其占有程度和消费水平往往被视为是衡量个人和国家经济富裕程度的标志。达不到宝石级的金刚石(工业用金刚石)，以其超硬性广泛用于机电、光学、建筑、交通、冶金、地勘、国防等工业领域和现代高、新技术领域。

金刚石按所含微量元素可分为Ⅰa型金刚石和Ⅱa型金刚石两个类型。Ⅰa型金刚石多为常见的普通金刚石。Ⅱa型金刚石比较罕见，仅占金刚石总量的1％～2％。Ⅱa型金刚石因常具有良好的导热性、解理性和半导体性等，多用于空间技术和尖端工业。

金刚石具有优异的物理化学性能，在工业和民用的许多领域有着广阔的运用前景。目前人工合成金刚石的方法有高温高压法(HTHP)、直流电弧等离子体喷射法(DCAPJ)、热丝化学气相沉积法(HFCVD)以及微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)，其中MPCVD法是制备高品质金刚石的首选方法。这是由于微波激发的等离子可控性好，等离子密度高，无电极污染等一系列优点。

现有技术中，MPCVD法生长大尺寸单晶金刚石一般为拼接法，小尺寸单晶金刚石直接外延生长大尺寸单晶金刚石由于在生长过程中边缘容易产生多晶限制了单晶的外延，从而无法直接外延出大尺寸的单晶金刚石。

例如专利CN112899774A公开了一种天然金刚石同质外延生长单晶金刚石的方法，将天然金刚石进行切割、清洗以及等离子体刻蚀预处理后，进行外延生长出单晶金刚石薄膜，然后将生长面进行斜切分为两部分，形成两个直角三角形，并再次对其切割面进行处理，然后将得到的两片天然金刚石键合在同一个衬底表面，然后将两个天然金刚石在微波等离子体条件下进行拼接生长，最终得到大尺寸的单晶金刚石。

然而拼接生长工艺流程复杂，并且有拼接缝拼接不良的缺陷，限制了大尺寸单晶金刚石的应用范围。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种大尺寸单晶金刚石及其制备方法。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

第一方面，本发明提供一种大尺寸单晶金刚石制备方法，包括：

S1、提供作为生长基底的第一金刚石单晶片，并沿轴向对所述第一金刚石单晶片的周缘部进行切割，使形成的切割面垂直于所述第一金刚石单晶片的第一面和第二面，所述第一面和第二面沿所述轴向相对设置；

S2、对所述切割面以及第一面和第二面进行研磨处理；

S3、对经步骤S2处理后的所述第一金刚石单晶片进行清洗处理；

S4、对经步骤S3处理后的所述第一金刚石单晶片的表面进行等离子体刻蚀处理；

S5、在经步骤S4处理后的所述第一金刚石单晶片上生长金刚石单晶层；

S6、从所述金刚石单晶层中分离获得第二金刚石单晶片，所述第二金刚石单晶片的径向尺寸大于所述第一金刚石单晶片的径向尺寸；