[發明專利]一種橫向搭橋拼接生長大面積單晶金剛石的方法

在審

• 申請號: 201810671214.X
• 申請日: 2018-06-26
• 公開（公告）號: CN108677246A
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 王宏興;王艷豐;常曉慧;邵國慶;魏孔庭;張景文;卜忍安;侯洵
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C30B29/04
• 分類號: C30B29/04;C30B25/20
• 代理公司: 陜西增瑞律師事務所 61219
• 代理人: 劉春

本發明公開了一種橫向搭橋拼接生長大面積單晶金剛石的方法，將單晶金剛石襯底I和單晶金剛石襯底II進行拼接，在接縫處生長出橋狀連接部分，并繼續外延生長得到完整的大面積單晶金剛石層；其中，單晶金剛石襯底I在拼接處的厚度小于單晶金剛石襯底II在拼接處的厚度。解決了金剛石拼接生長過程中拼接縫明顯，金剛石容易發生相對移動的問題，從而降低拼接處出現裂紋甚至裂開的風險。

【技術領域】

本發明屬于材料生長技術領域，具體涉及一種橫向搭橋拼接生長大面積單晶金剛石的方法。

【背景技術】

單晶金剛石屬于第三代寬禁帶半導體，具備多種優異性能，比如大的禁帶寬度、高的臨界擊穿場強、大的空穴和電子遷移率、良好的光透過性、有效的抗輻射能力等等，這些優異性能使得單晶金剛石材料在高頻高壓高功率電學領域、雷達罩領域、MEMS領域等應用潛力巨大。而這些應用的前提是生長出符合要求的高質量大尺寸單晶金剛石材料，因此對于單晶金剛石生長的研究很有必要。目前，單晶金剛石材料的生長技術取得了很大的發展。主要是通過微波等離子體化學氣相淀積技術生長單晶金剛石材料，該技術使用的微波頻率為2.45GHz。主要的生長單晶金剛石的工藝是：工作壓力50-100Torr(托)，溫度800-1000℃(攝氏度)，功率500-800W(瓦)。通過調節溫度、氣體組分(主要是甲烷和氫氣)及等離子體功率密度等條件來實現單晶金剛石的生長。

但是，微波等離子體化學氣相淀積生長單晶金剛石材料需要解決一個非常重要的問題，即如何生長出大尺寸的單晶金剛石材料。為了得到大尺寸的單晶金剛石，一般使用異質外延和拼接生長技術。異質外延中，一般使用金屬銥，進行圖形化橫向外延生長，這種方法制備的單晶金剛石尺寸大，但是，缺點是該方法制備單晶金剛石條件苛刻且質量差，無法滿足其在熱、電、聲、光等方面的應用。拼接技術是將兩塊的單晶金剛石拼接在一起，然后使用微波等離子化學氣相沉積技術對這兩塊單晶金剛石外延生長，最終使得這兩塊單晶金剛石拼接成一體，并且可以繼續生長成完整的大面積單晶金剛石材料。但是，該方法的缺點是兩塊單晶金剛石在微波等離子體中很難連接成一體，即使接縫連接到一起了，由于接縫處應力大等原因，在上層大尺寸單晶金剛石生長到一定厚度后，將在接縫處形成裂紋甚至導致單晶金剛石碎裂，最終導致拼接失敗。因此需要一種拼接手段，使得兩塊單晶金剛石拼接的更容易，更牢固，拼接處應力更小更均勻。

【發明內容】

本發明的目的是提供一種橫向搭橋拼接生長大面積單晶金剛石的方法，以解決金剛石拼接生長過程中拼接縫明顯，金剛石容易發生相對移動的問題，從而降低拼接處出現裂紋甚至裂開的風險。

本發明采用以下技術方案：一種橫向搭橋拼接生長大面積單晶金剛石的方法，將單晶金剛石襯底I和單晶金剛石襯底II進行拼接，在接縫處生長出橋狀連接部分，并繼續外延生長得到完整的大面積單晶金剛石層；其中，單晶金剛石襯底I在拼接處的厚度小于單晶金剛石襯底II在拼接處的厚度。

進一步的，使用等離子體化學沉積技術生長金剛石，其生長條件為：甲烷流量0-200sccm、生長溫度600-1300℃、腔壓1-150Torr、氣體總流量500sccm。

進一步的，使用等離子體化學沉積技術生長金剛石，其生長條件為：生長溫度600℃、腔壓1Torr、氣體總流量500sccm。

進一步的，使用等離子體化學沉積技術生長金剛石，其生長條件為：甲烷流量200sccm、生長溫度1300℃、腔壓150Torr、氣體總流量500sccm。

進一步的，使用等離子體化學沉積技術生長金剛石，其生長條件為：甲烷流量100sccm、生長溫度900℃、腔壓75Torr、氣體總流量500sccm。

進一步的，使用等離子體化學沉積技術生長金剛石，其生長條件為：甲烷流量50sccm、生長溫度800℃、腔壓150Torr、氣體總流量500sccm。