[发明专利]一种同质外延单晶金刚石的制备方法

说明书

本发明提供一种同质外延单晶金刚石的制备方法，将一个以上生长单元通过化学气相沉积的方法生长，所述生长单元包括矩形阵列排列的多个金刚石籽晶，位于矩形阵列中心的金刚石籽晶比其余金刚石籽晶高0.02～0.9mm。本发明制备方法一次性外延率高，一次生长外延面积更大，能够获得大尺寸的单晶金刚石。

技术领域

本发明涉及金刚石技术领域，尤其涉及一种同质外延单晶金刚石的制备方法。

背景技术

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有如下方法：mosaic拼接法：晶界处应力明显，容易开裂；颠倒多次生长法：比较繁琐，多次生长才能外延较大尺寸；凹陷生长法：比较繁琐，多次生长才能外延较大尺寸；异质外延法：生长缺陷较多。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，从而难以直接外延出大尺寸的单晶金刚石。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同质外延单晶金刚石的制备方法，外延效果高，能够获得大尺寸的单晶金刚石。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种同质外延单晶金刚石的制备方法，将一个以上生长单元通过化学气相沉积的方法生长，所述生长单元包括矩形阵列排列的多个金刚石籽晶，位于矩形阵列中心的金刚石籽晶比其余金刚石籽晶高0.02～0.9mm，如0.02～0.1mm、0.1～0.5mm或0.5～0.9mm。

优选地，位于矩形阵列中心的金刚石籽晶比其余金刚石籽晶高0.02～0.5mm；

和/或，每个生长单元中，控制位于矩形阵列中心的金刚石籽晶初始温度比其余金刚石籽晶高20～60℃，如20～30℃、30～40℃、40～50℃或50～60℃；

和/或，相邻金刚石籽晶之间的间距为0～2mm，如0～0.5mm、0.5～1.5mm或1.5～2mm；

和/或，各金刚石籽晶的六个面晶向均为100，偏差5°以内；

和/或，在生长之前，将各金刚石籽晶远沉积平台的四个顶角进行激光切除，切除的部分呈直角三棱锥状。

更优选地，每个生长单元中，控制位于矩形阵列中心的金刚石籽晶初始温度比其余金刚石籽晶高30～50℃；

和/或，切除的部分中直角边的长度L为0.1～0.4mm，如0.1～0.2mm或0.2～0.4mm，直角边与斜边的夹角α为20～75°，如20～45°或45～75°。

优选地，还包括：将生长获得的每个生长单元进行切割，获得所述同质外延单晶金刚石。

优选地，通过化学气相沉积的方法生长具体包括如下步骤：

1)将一个以上生长单元放入微波等离子体化学气相沉积设备中，通入氢气/和氧气进行刻蚀；

2)通入混合气体在一个以上生长单元上进行化学气相沉积，其中所述混合气体包括氢气和甲烷，或者，包括氢气、甲烷和选自氮气、一氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氩气、氦气和氧气中的至少一种气体。

更优选地，在刻蚀之前，对每个生长单元进行清洗。

进一步更优选地，所述清洗为酸洗、水洗、酒精清洗或丙酮浸泡清洗。

更优选地，步骤1)中，还包括如下技术特征中的至少一项：

11)以氢气和氧气的总体积计，氧气体积含量为0.01～4％；