一种提高大面积单晶金刚石拼接生长质量的方法技术

本发明专利技术提供了一种提高大面积单晶金刚石拼接生长质量的方法，属于晶体生长技术领域。本发明专利技术先在MPCVD(微波等离子体化学气相沉积)设备中预生长，然后挑选台阶流生长方向相近的预生长样品进行拼接生长，从而提高拼接效率，减少拼接生长过程中的缺陷密度，改善拼接缝处应力分布，提高拼接生长的晶体质量。本发明专利技术的方法实施简便有效，可以兼顾生长速率与晶体质量，而且生长过程中没有引入其他杂质原子，接缝处质地均匀，台阶流逐渐合并，整体生长面表现较为平缓，整体材料的后续生长质量也有着显著提升。著提升。著提升。

【技术实现步骤摘要】
一种提高大面积单晶金刚石拼接生长质量的方法


[0001]本专利技术涉及晶体生长
，尤其涉及一种提高单晶金刚石拼接生长质量的方法。

技术介绍

[0002]金刚石因为其优异的力学性质被誉为“终极半导体”材料，如大的禁带宽度、大的空穴和电子迁移率、有效的抗辐射能力等等，比传统半导体具有更快的速度、更低的功耗和更高的本征迁移率，尤其是在未来的6G时代、深紫外光电器件、高压大功率电子器件等领域具有显著的优势和巨大的发展潜力，已成为国际竞争的热点。随着半导体器件、微电子学、核能、航空航天、国防军工等领域的发展，大面积的单晶金刚石需求越来越迫切，天然金刚石远不能满足人们的需求，所以希望通过人工合成的方法来制备高质量大面积的单晶金刚石材料。
[0003]马赛克拼接技术的提出为制备大面积单晶金刚石指明了道路，但是如何解决拼接过程中拼接缝上产生的位错及不均匀的应力分布问题，仍然是研究的热点。Shinya Ohmagari等通过HFCVD(热灯丝化学气相沉积)生长技术进行钨元素掺杂，使得其在拼接过程中减少了边缘效应，减轻了生长位错对拼接片均一性的影响，但是在生长过程中不可避免的会引入其他杂质元素，影响单晶金刚石在其他领域的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种提高单晶金刚石拼接生长质量的方法，在不引入杂质元素的前提下能够减少拼接生长过程中的缺陷密度，改善拼接缝处应力分布，提高拼接生长的晶体质量。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种提高单晶金刚石拼接生长质量的方法，包括以下步骤：
[0007]将多片单晶金刚石衬底放入MPCVD设备中，在上表面预生长单晶金刚石薄膜，得到多个预生长样品；所述多片单晶金刚石衬底中任意两片单晶金刚石衬底的厚度差在10μm以内；
[0008]观察所述多个预生长样品上表面台阶流的生长方向，挑选出台阶流生长方向相近的样品，得到待拼接样品；所述待拼接样品中任意两个预生长样品表面台阶流的偏差夹角控制在0～10
°
；
[0009]将所述待拼接样品按照台阶流方向相近的方式进行马赛克拼接，得到拼接样品；所述拼接样品中任意两个样品表面台阶流的偏差夹角控制在0～10
°
；
[0010]将所述拼接样品放入MPCVD设备中进行马赛克拼接生长。
[0011]优选的，所述预生长的条件包括：生长温度为800～1000℃，生长压力为120～160torr，氢气流量为300～500sccm，甲烷流量为氢气流量的2～10％，生长时间为1～4h。
[0012]优选的，所述马赛克拼接生长的条件包括：生长温度为800～1000℃，生长压力为
120～160torr，氢气流量为300～500sccm，甲烷流量为氢气流量的2～10％。
[0013]优选的，观察所述多个预生长样品上表面台阶流的生长方向是在显微镜下进行。
[0014]优选的，所述多片单晶金刚石衬底的上表面晶面取向一致，上表面晶面取向为(100)、(110)或(111)；侧面取向均为(100)；所述多片单晶金刚石衬底的上表面和侧面的晶面偏离度均在3
°
以内。
[0015]优选的，所述拼接样品中任意两个样品的高度差在3μm以内。
[0016]优选的，所述拼接样品中任意两个相邻样品的距离小于150μm。
[0017]优选的，所述马赛克拼接前，对所述待拼接样品的侧面进行抛光和清洗，使得所述拼接样品的侧面粗糙度在200nm以内。
[0018]优选的，所述预生长单晶金刚石薄膜前，还包括对多片单晶金刚石衬底进行抛光和清洗。
[0019]本专利技术提供了一种提高单晶金刚石拼接生长质量的方法，包括以下步骤：将多片单晶金刚石衬底放入MPCVD设备中，在上表面预生长单晶金刚石薄膜，得到多个预生长样品；所述多片单晶金刚石衬底中任意两片单晶金刚石衬底的厚度差在10μm以内；观察所述多个预生长样品上表面台阶流的生长方向，挑选出台阶流生长方向相近的样品，得到待拼接样品；所述待拼接样品中任意两个预生长样品表面台阶流的偏差夹角控制在0～10
°
；将所述待拼接样品按照台阶流方向相近的方式进行马赛克拼接，得到拼接样品；所述拼接样品中任意两个样品表面台阶流的偏差夹角控制在0～10
°
；将所述拼接样品放入MPCVD设备中进行马赛克拼接生长。
[0020]本专利技术先在MPCVD(微波等离子体化学气相沉积)设备中预生长，然后挑选台阶流生长方向相近的预生长样品进行拼接生长，从而提高拼接效率，减少拼接生长过程中的缺陷密度，改善拼接缝处应力分布，提高拼接生长的晶体质量。
[0021]本专利技术的方法简便有效，可以兼顾生长速率与晶体质量，而且生长过程中没有引入其他杂质原子，接缝处质地均匀，台阶流逐渐合并，整体生长面表现较为平缓，整体材料的后续生长质量也有着显著提升。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的工艺流程图；
[0023]图2为实施例2拼接生长的单晶金刚石表面形貌图。
具体实施方式
[0024]本专利技术提供了一种提高单晶金刚石拼接生长质量的方法，包括以下步骤：
[0025]将多片单晶金刚石衬底放入MPCVD设备中，在上表面预生长单晶金刚石薄膜，得到多个预生长样品；所述多片单晶金刚石衬底中任意两片单晶金刚石衬底的厚度差在10μm以内；
[0026]观察所述多个预生长样品上表面台阶流的生长方向，挑选出台阶流生长方向相近的样品，得到待拼接样品；所述待拼接样品中任意两个预生长样品表面台阶流的偏差夹角控制在0～10
°
；
[0027]将所述待拼接样品按照台阶流方向相近的方式进行马赛克拼接，得到拼接样品；
所述拼接样品中任意两个样品表面台阶流的偏差夹角控制在0～10
°
；
[0028]将所述拼接样品放入MPCVD设备中进行马赛克拼接生长。
[0029]本专利技术将多片单晶金刚石衬底放入MPCVD设备中，在上表面预生长单晶金刚石薄膜，得到多个预生长样品。
[0030]本专利技术对所述多片单晶金刚石衬底的数量没有特殊要求，可以根据需要选择多放或少放。本专利技术对每片单晶金刚石衬底的尺寸没有特殊要求，本领域熟知的尺寸均可。在本专利技术中，每片单晶金刚石衬底的尺寸优选相同。在本专利技术中，所述多片单晶金刚石衬底中任意两片单晶金刚石衬底的厚度差在10μm以内。本专利技术控制单晶金刚石衬底的厚度满足上述条件，保证完成马赛克拼接。在本专利技术中，所述多片单晶金刚石衬底的上表面晶面取向优选一致，上表面晶面取向为(100)、(110)或(111)；侧面取向均为(100)；所述多片单晶金刚石衬底的上表面和侧面的晶面偏离度优选均在3
°
以内。本专利技术控制多片单晶金刚石衬底的取向满足上述条件，保证两片衬底之间完成拼接，实现单晶金刚石薄膜的横向生长。
[0031]所述预生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高单晶金刚石拼接生长质量的方法，其特征在于，包括以下步骤：将多片单晶金刚石衬底放入MPCVD设备中，在上表面预生长单晶金刚石薄膜，得到多个预生长样品；所述多片单晶金刚石衬底中任意两片单晶金刚石衬底的厚度差在10μm以内；观察所述多个预生长样品上表面台阶流的生长方向，挑选出台阶流生长方向相近的样品，得到待拼接样品；所述待拼接样品中任意两个预生长样品表面台阶流的偏差夹角控制在0～10
°
；将所述待拼接样品按照台阶流方向相近的方式进行马赛克拼接，得到拼接样品；所述拼接样品中任意两个样品表面台阶流的偏差夹角控制在0～10
°
；将所述拼接样品放入MPCVD设备中进行马赛克拼接生长。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预生长的条件包括：生长温度为800～1000℃，生长压力为120～160torr，氢气流量为300～500sccm，甲烷流量为氢气流量的2～10％，生长时间为1～4h。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述马赛克拼接生长的条件包括：生长温...

【专利技术属性】
技术研发人员：王启亮，李根壮，李东帅，林旺，李柳暗，李红东，吕宪义，邹广田，
申请(专利权)人：吉林大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：