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一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法
申请号	CN201710633557.2	申请日	2017-07-28	公开(公告)号	CN107268076A	公开(公告)日	2017-10-20
申请人	西安交通大学;			发明人	张景文; 陈旭东; 王进军; 李洁琼; 卜忍安; 王宏兴; 侯洵;
摘要	本发明公开了一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，在异质外延衬底上生长第一铱金属层，以第一铱金属层为依托在第一铱金属层上生长第一金刚石层；保证生长的第一金刚石层与第一铱金属层不受晶格失配影响，在第一金刚石层上生长图形化的第二铱金属层，在图形化的第二铱金属层上生长第二金刚石层，第二金刚石层与第二铱金属层和第一金刚石层接触生长，此时第二金刚石层处于自由生长状态，没有晶格失配的影响，得到生长有两层金刚石层和两层铱金属层的异质外延衬底，将第二金刚石层与第一金刚石层和第二铱金属层分离即可得到单晶金刚石，以异质外延衬底为依托，进行单晶金刚石的生长，可以降低金刚石器件制作成本，有利于发挥出金刚石优异特性。
权利要求	1.一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)，在异质外延衬底上生长第一铱金属层；步骤2)、在第一铱金属层上生长第一金刚石层；步骤3)、在第一金刚石层上生长图形化的第二铱金属层；步骤4)、在第二铱金属层上生长第二金刚石层，得到生长有两层金刚石层和两层铱金属层的异质外延衬底；步骤5)、将第二金刚石层与第一金刚石层和第二铱金属层分离即可得到单晶金刚石。 2.根据权利要求1所述的一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，其特征在于，步骤 1)中的异质外延衬底为Si、MgO、Al2O3或SrTiO3。 3.根据权利要求1所述的一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，其特征在于，步骤 1)中，在生长第一铱金属层前，首先对异质外延衬底首先异质外延衬底依次通过丙酮、酒精、去离子水各超声清洗5-10min，然后在惰性气体下进行干燥。 4.根据权利要求1所述的一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，其特征在于，其特征在于，第一铱金属层图形和第二铱金属层图形相同。 5.根据权利要求1所述的一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，其特征在于，步骤 2)和步骤4)中均采用偏压增强成核技术配合微波等离子体化学气相沉积技术在铱金属层上生长金刚石层。 6.根据权利要求1所述的一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，其特征在于，步骤 3)中首先利用光刻技术在金刚石层上制作待用图形，再采用磁控溅射或电子束蒸发方法在衬底上沉积铱金属层。 7.根据权利要求1所述的一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，其特征在于，步骤 5)中，将第二金刚石层与第一金刚石层和第二铱金属层通过机械研磨法、ICP 刻蚀法或者RIE刻蚀法去除第一金刚石层和第二铱金属层即可得到单晶金刚石。
说明书全文	一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法技术领域 [0001] 本发明涉及单晶金刚石异质外延技术，具体涉及一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法。背景技术 [0002] 由于单晶金刚石优异的电学、光学性能，而在大功率电力电子器件、高频大功率微波器件等半导体器件方面有广阔的应用前景。然而传统的金刚石采用同质外延的方法来生长单晶金刚石，这种生长单晶金刚石方法需要用金刚石作为外延衬底，金刚石衬底价格昂贵，尺寸有限，不利于金刚石器件的大规模应用。由于金刚石和异质外延衬底之间的晶格失配较大，异质外延生长还是很具有挑战性。发明内容 [0003] 本发明的目的在于提供一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，以克服现有技术的不足。 [0004] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案： [0005] 一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，包括以下步骤： [0006] 步骤1)，在异质外延衬底上生长第一铱金属层； [0007] 步骤2)、在第一铱金属层上生长第一金刚石层； [0008] 步骤3)、在第一金刚石层上生长图形化的第二铱金属层； [0009] 步骤4)、在第二铱金属层上生长第二金刚石层，得到生长有两层金刚石层和两层铱金属层的异质外延衬底； [0010] 步骤5)、将第二金刚石层与第一金刚石层和第二铱金属层分离即可得到单晶金刚石。 [0011] 进一步的，步骤1)中的异质外延衬底为Si、MgO、Al2O3或SrTiO3。 [0012] 进一步的，步骤1)中，在生长第一铱金属层前，首先对异质外延衬底首先异质外延衬底依次通过丙酮、酒精、去离子水各超声清洗5-10min，然后在惰性气体下进行干燥。 [0013] 进一步的，其特征在于，第一铱金属层图形和第二铱金属层图形相同。 [0014] 进一步的，步骤2)和步骤4)中均采用偏压增强成核技术配合微波等离子体化学气相沉积技术在铱金属层上生长金刚石层。 [0015] 进一步的，步骤3)中首先利用光刻技术在金刚石层上制作待用图形，再采用磁控溅射或电子束蒸发方法在衬底上沉积铱金属层。 [0016] 进一步的，步骤5)中，将第二金刚石层与第一金刚石层和第二铱金属层通过机械研磨法、ICP 刻蚀法或者RIE刻蚀法去除第一金刚石层和第二铱金属层即可得到单晶金刚石。 [0017] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果： [0018] 本发明一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，首先在异质外延衬底上生长第一铱金属层；然后以第一铱金属层为依托在第一铱金属层上生长第一金刚石层；保证生长的第一金刚石层与第一铱金属层不受晶格失配影响，再在第一金刚石层上生长图形化的第二铱金属层，在图形化的第二铱金属层上生长第二金刚石层，第二金刚石层与第二铱金属层和第一金刚石层接触生长，此时第二金刚石层处于自由生长状态，没有晶格失配的影响，得到生长有两层金刚石层和两层铱金属层的异质外延衬底；最后将第二金刚石层与第一金刚石层和第二铱金属层分离即可得到单晶金刚石，以异质外延衬底为依托，进行单晶金刚石的生长，可以降低金刚石器件制作成本，有利于发挥出金刚石优异特性。附图说明 [0019] 图1为本发明实施例结构示意图。 [0020] 图中，1、异质外延衬底；2、第一铱金属层；3、第一金刚石层；4、第二铱金属层；5、第二金刚石层。具体实施方式 [0021] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述： [0022] 一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，包括以下步骤： [0023] 步骤1)，在异质外延衬底1上生长第一铱金属层2； [0024] 步骤2)、在第一铱金属层2上生长第一金刚石层3； [0025] 步骤3)、在第一金刚石层3上生长图形化的第二铱金属层4； [0026] 步骤4)、在第二铱金属层4上生长第二金刚石层5，得到生长有两层金刚石层和铱金属层的异质外延衬底； [0027] 步骤5)、将第二金刚石层5与第一金刚石层3和第二铱金属层4分离即可得到单晶金刚石。 [0028] 步骤1)中的异质外延衬底为Si、MgO、Al2O3或SrTiO3； [0029] 步骤1)在生长第一铱金属层2前，首先对异质外延衬底首先异质外延衬底依次通过丙酮、酒精、去离子水各超声清洗5-10min，然后在惰性气体下进行干燥。 [0030] 步骤2)中，采用偏压增强成核技术(BEN)配合MPCVD方法在第一铱金属层上生长金刚石层，具体参数如表1所示； [0031] 表1 [0032] [0033] [0034] 步骤3)中，利用光刻技术在第一金刚石层上制作待用图形，再采用磁控溅射或电子束蒸发方法在衬底上沉积第二铱金属层； [0035] 步骤2)和步骤4)均采用偏压增强成核技术(BEN)或MPCVD方法在铱金属层上生长一层金刚石层。 [0036] 在步骤2)中，金刚石在铱上成核生长，既有在垂直方向的异质生长，又有水平方向的自由生长，因为是异质外延生长有晶格失配的影响，在垂直方向上生长的金刚石有较多的缺陷和位错，以此金刚石层为基础，生长高品质金刚石层。 [0037] 步骤5)中，将第二金刚石层与第一金刚石层和第二铱金属层通过机械研磨法、ICP刻蚀法或者RIE刻蚀法分离去除第一金刚石层和第二铱金属层即可得到单晶金刚石。 [0038] 实施例 [0039] 如图1所示： [0040] 1，选用MgO衬底作为生长金刚石的异质外延衬底， [0041] 2、用丙酮、酒精、去离子水依次超声清洗MgO衬底各5min，然后用氮气吹干； [0042] 3、采用光刻制作出条形衬底图形：将MgO衬底安装在甩胶机上，在MgO衬底表面滴入光刻胶，然后通过甩胶机匀速转动即得到均匀的、没有缺陷的光刻胶膜；采用光刻胶为正性光刻胶SUN-110P；甩胶机转速为2000转/min-3000转/min；将得到光刻胶膜的MgO衬底进行前烘：将样品置于90-110℃的加热台上，烘烤85-95s；通过前烘挥发光刻胶膜中的溶剂，减小灰尘对光刻胶膜的污染，同时由于光刻胶膜高速旋转而产生的应力，提高了光刻胶膜与衬底之间的黏附性；使用URE2000光刻机，用显微镜将前烘后的MgO衬底与掩模板上所选图形进行对准，然后用波长为360-370nm的紫外光曝光175-185s，结束后取下样品，要注意不能接触短波长光源以免发生二次曝光；将曝光后的MgO衬底置于正胶显影液不少于55s，用去离子水冲洗不少于30s，除掉显影液残留，再用氮气吹干即可得到光刻后带有图形的MgO衬底，在显微镜下观测光刻后的图形是否完整； [0043] 4、采用磁控溅射工艺沉积第一铱金属层，第一铱金属层为条状间隔分布，相邻两个铱金属层条状体间距为5um，单个铱金属层条状体宽度为5um，磁控溅射过程中在Ar气氛围下进行，功率为20-180W，溅射气压为1.1-1.3Pa，溅射气体流量为40sccm，铱金属层厚度为20nm； [0044] 5、使用采用偏压增强成核技术(BEN)配合微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术，在含有第一铱金属层上第一金刚石层，具体参数如表1所示， [0045] 6、在第一金刚石层上重复步骤4和步骤5，得到生长有两层金刚石层和铱金属层的MgO衬底， [0046] 7、得到生长有两层金刚石层和铱金属层的MgO衬底，将第二金刚石层与第一金刚石层和第二铱金属层通过机械研磨法、ICP刻蚀法或者RIE刻蚀法去除第一金刚石层和第二铱金属层即可得到单晶金刚石。

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