一种金刚石表面结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种金刚石表面结构及其制备方法，其中制备方法是一种以在金刚石表面制得的非金属图形结构作为掩模板；然后利用与金刚石结合紧密的非金属图形结构通过化学气相沉积法生长金刚石，金刚石填充满非金属图形结构间的空隙；将生长完金刚石的样品进行磨平抛光，使生长的金刚石上表面与非金属上表面平齐，去除非金属图形结构，制得金刚石表面结构的方法。具体包括步骤：(1)涂胶、光敏材料图形化；(2)镀非金属膜；(3)Lift‑off；(4)CVD法生长金刚石；(5)膜片抛光；(6)去除非金属，得到金刚石表面结构。本发明专利技术方法制得的金刚石表面结构顶面平整，可通过重复实施制备得到两层或多层的复杂金刚石表面结构。

A Surface Structure of Diamond and Its Preparation Method

The invention provides a surface structure of diamond and a preparation method thereof, in which a non-metallic graphic structure obtained on the surface of diamond is used as a mask; then diamond is grown by chemical vapor deposition using a non-metallic graphic structure closely combined with diamond, and the diamond is filled with the voids between the non-metallic graphic structures; and the sample of diamond is grown. The method of grinding and polishing to make the surface of the diamond grow smoothly with that of the non-metal, to remove the non-metallic graphic structure, and to produce the surface structure of the diamond. Specific steps include: (1) gluing, photosensitive material graphical; (2) plating non-metallic film; (3) Lift off; (4) CVD growth of diamond; (5) film polishing; (6) removal of non-metal to obtain the surface structure of diamond. The top surface of the diamond surface structure prepared by the method of the invention is flat, and the complex diamond surface structure of two or more layers can be obtained by repeated preparation.

【技术实现步骤摘要】
一种金刚石表面结构及其制备方法
本专利技术涉及一种金刚石表面结构及其制备方法。
技术介绍
由于金刚石具有极高的硬度、热导率、绝缘性、光透过率，以及耐酸、耐热、耐辐射等优异的物理、化学性能，被广泛地应用于工业、科研等各领域。同时由于金刚石极高的硬度以及化学稳定性，在金刚石表面制备微纳米结构非常困难。目前，金刚石表面微纳米结构制备目前通常采用的方法是在金刚石表面制备耐刻蚀掩模，通过干法刻蚀去除没有掩模保护的区域的金刚石，制备得到金刚石微纳米结构。但这样的方法制备得到的金刚石微纳米结构，底部不平整，外表形貌粗糙，无法制备复杂结构。专利文献CN201710101533.2公开一种采用LB掩模板制备单晶金刚石反蛋白石的方法，其以SiO2微球作为掩模板进行金刚石生长，去除SiO2后得到金刚石结构，由于其制备过程在金刚石生长完之后，仅对金刚石四个侧壁进行抛光，无法保证金刚石有掩膜板的顶面平直；而且这种方法只能制得具有单层结构的金刚石结构，结构单一，应用受到限制。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种金刚石表面结构及其制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案如下：提供一种金刚石表面结构的制备方法，具体是一种以在金刚石表面制得的非金属图形结构作为掩模板；然后利用与金刚石结合紧密的非金属图形结构通过化学气相沉积法生长金刚石，金刚石填充满非金属图形结构间的空隙；将生长完金刚石的样品进行磨平抛光，使生长的金刚石上表面与非金属上表面平齐，去除非金属图形结构，制得金刚石表面结构的方法。进一步地，所述制备方法具体包括如下步骤：(1)在金刚石表面制备光敏材料图形结构，得到表面具有有光敏材料图形结构的金刚石片；(2)在步骤(1)制得的具有光敏材料图形结构的金刚石片的表面沉积一层非金属膜，记为样品一；(3)去除光敏材料及光敏材料表面的非金属膜，得到具有非金属图形结构的样品二；(4)在步骤(3)制得的样品二的表面通过化学气相沉积(CVD)法生长金刚石；(5)金刚石生长完后，将金刚石具有非金属图形结构的上表面磨平抛光，使非金属图形结构与金刚石生长面平齐；(6)去除非金属图形结构，即得金刚石表面结构。进一步地，步骤(1)中制备光敏材料图形结构的方法优选为黄光工艺或纳米压印工艺。优选地，所述的光敏材料为光刻胶。进一步地，步骤(3)中去除光敏材料及其表面的非金属膜的方法为：将步骤(2)制得的样品一放入溶剂中超声清洗，溶解光敏材料，然后采用Lift-off工艺去除光敏材料及光敏材料表面的非金属膜。优选地，所述的溶剂为丙酮。进一步地，步骤(2)中是通过电子束蒸镀或磁控溅射等镀膜方法沉积非金属膜。进一步地，步骤(2)中的非金属膜优选为二氧化硅膜。进一步地，步骤(6)中去除非金属图形结构的方法优选是采用HF去除非金属图形结构，HF是针对二氧化硅膜去除。进一步地，步骤(1)之前还包括对金刚石片进行预处理，具体是：将金刚石放入Piranha溶液中(浓硫酸：双氧水＝7：3，体积比)浸泡10分钟，取出后用去离子水清洗干净。然后陆续放入丙酮、异丙醇溶液中超声10分钟，取出后氮气吹干。进一步地，本专利技术还针对现有技术中的技术空白，提供了一种制备多层金刚石表面结构的方法，具体是在说上述单层结构的基础上，重复步骤(1)～(5)，包括如下步骤：(1)在金刚石表面制备光敏材料图形结构，得到表面具有有光敏材料图形结构的金刚石片；(2)在步骤(1)制得的具有光敏材料图形结构的金刚石片的表面沉积一层非金属膜，记为样品一；(3)去除光敏材料及光敏材料表面的非金属膜，得到具有非金属图形结构的样品二；(4)在步骤(3)制得的样品二的表面通过化学气相沉积(CVD)法生长金刚石；(5)金刚石生长完后，将金刚石具有非金属图形结构的上表面磨平抛光，使非金属图形结构与金刚石生长面平齐；(6)重复步骤(1)～(5)一次或多次；(7)去除非金属图形结构，即得金刚石表面结构。例如：重复一次步骤(1)～(5)，然后进行步骤(7)，即可制得两层金刚石表面结构；重复两次步骤(1)～(5)，然后进行步骤(7)，即可制得三层金刚石表面结构；依次类推。本专利技术还提供上述制备方法制得的金刚石表面结构，所述金刚石表面结构顶面平整。本专利技术还提供上述制备方法制得的双层或多层复杂金刚石表面结构。本专利技术的有益效果如下：本专利技术采用黄光工艺/纳米压印、镀膜、Lift-off等微纳加工方法在金刚石表面制备非金属图形结构作为掩模板；然后通过化学气相沉积法生长金刚石；将生长完金刚石的样品进行磨平抛光，使生长的金刚石上表面与非金属上表面平齐，去除非金属图形结构，即得金刚石表面结构；多次重复非金属层图形化、生长金刚石、磨平抛光后再去除非金属图形结构即可得到多层复杂的金刚石结构。相比对比文件CN201710101533.2公开的方案，两者区别如下：(1)CN201710101533.2是以SiO2微球作为掩模板进行金刚石生长，而本专利技术是以通过黄光工艺/纳米压印、镀膜、Lift-off等微纳加工工艺制备得到的SiO2等非金属材料的图形结构作为掩模板；(2)CN201710101533.2在生长完金刚石后，仅对金刚石片四个侧壁进行抛光，而本专利技术对金刚石有掩模板的面也进行抛光，如此能保证保证金刚石有掩膜板的顶面平直、平整；(3)CN201710101533.2只能制得具有单层结构的金刚石结构，结构单一，而本专利技术能制得多层复杂的金刚石结构。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1金刚石表面结构制备方法的工艺流程及金刚石表面结构变化示意图；图2为本专利技术实施例3金刚石表面结构制备方法的工艺流程及金刚石表面结构变化示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图对专利技术进一步说明，但不用来限制本专利技术的范围。实施例1如图1所示，本实施例提供一种单层金刚石表面结构的制备方法及制得的金刚石表面结构，具体如下：(1)首先在5mm×5mm×1mm的CVD金刚石表面通过电子束曝光(黄光工艺的一种)制备得到曝光面积为1mm×1mm的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯，polymethylmethacrylate，简称PMMA，俗称有机玻璃)光栅结构。(2)然后通过磁控溅射在上述具有PMMA光栅结构的金刚石表面沉积50nm厚的SiO2层，得样品一。(3)将步骤(2)制得的样品一放入丙酮溶液中超声清洗，溶解掉PMMA，采用Lift-off工艺去除PMMA光敏材料及PMMA光敏材料表面的SiO2层，然后氮气吹干，制得具有1mm×1mm面积的SiO2光栅结构的金刚石表面结构，记为样品二。(4)将样品二放入微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)设备中，控制金刚石表面生长温度为950℃，生长得到30～40nm厚度的金刚石生长层。(5)使用铸铁盘将金刚石表面磨平抛光，使SiO2层表面与金刚石生长层表面平齐，记为样品三；(6)将样品三放入10％HF溶液中浸泡3h，去除二氧化硅，然后去离子水冲洗吹干，即得金刚石表面光栅结构。实施例2本实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金刚石表面结构的制备方法，其特征在于，具体是一种以在金刚石表面制得的非金属图形结构作为掩模板；然后利用与金刚石结合紧密的非金属图形结构通过化学气相沉积法生长金刚石，金刚石填充满非金属图形结构间的空隙；将生长完金刚石的样品进行磨平抛光，使生长的金刚石上表面与非金属上表面平齐，去除非金属图形结构，制得金刚石表面结构的方法。

【技术特征摘要】
1.一种金刚石表面结构的制备方法，其特征在于，具体是一种以在金刚石表面制得的非金属图形结构作为掩模板；然后利用与金刚石结合紧密的非金属图形结构通过化学气相沉积法生长金刚石，金刚石填充满非金属图形结构间的空隙；将生长完金刚石的样品进行磨平抛光，使生长的金刚石上表面与非金属上表面平齐，去除非金属图形结构，制得金刚石表面结构的方法。2.根据权利要求1所述的金刚石表面结构的制备方法，其特征在于，是一种单层金刚石表面结构的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：(1)在金刚石表面制备光敏材料图形结构，得到表面具有有光敏材料图形结构的金刚石片；(2)在步骤(1)制得的具有光敏材料图形结构的金刚石片的表面沉积一层非金属膜，记为样品一；(3)去除光敏材料及光敏材料表面的非金属膜，得到具有非金属图形结构的样品二；(4)在步骤(3)制得的样品二的表面通过化学气相沉积法生长金刚石；(5)金刚石生长完后，将金刚石具有非金属图形结构的上表面磨平抛光，使非金属图形结构与金刚石生长面平齐；(6)去除非金属图形结构，即得金刚石表面结构。3.根据权利要求1所述的金刚石表面结构的制备方法，其特征在于，具体是一种制备多层金刚石表面结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)在金刚石表面制备光敏材料图形结构，得到表面具有有光敏材料图形结构的金刚石片；(2)在步骤(1)制得的具有光敏材料图形结构的金刚石片的表面沉积一层非金属膜，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄翀，彭琎，
申请(专利权)人：长沙新材料产业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43