一种交叉拼接生长大面积单晶金刚石的方法
【技术领域】
本发明属于材料生长技术领域，具体涉及一种交叉拼接生长大面积单晶金刚石的方法。
【背景技术】
单晶金刚石作为一种宽禁带半导体，具有优异的热、电、声、光、生物稳定等性能。如：热导率高、热熔小、尤其是在高温时的散热效能更为显著，禁带宽度宽、电子和空穴迁移率大、临界击穿电场大，最硬的天然物质，从紫外到红外整个波段金刚石都具有高的透过率(除了在约3～5μm位置才在微小吸收峰外)，化学稳定性、能耐各种温度下的非氧化性酸、无毒。这使得金刚石在相关领域具有广阔的应用前景和巨大的经济潜力。自从成功制备出人工合成金刚石以来，金刚石的制备便变得非常火热。然而，目前制备出来的金刚石尺寸都比较小，限制了金刚石的相关应用。为了发挥金刚石的应用潜力，制备大尺寸的单晶金刚石成为不可避免的问题。因此，对于大面积单晶金刚石生长的研究很有必要。
拼接技术和异质外延工艺是目前生长大尺寸单晶金刚石的主要方法。虽然目前异质外延金刚石的最大直径达到92毫米，然而，这种方法仍然存在很多问题，比如：衬底制备工艺复杂、衬底均匀性差、生长过程中热动力传输及应力分布不均匀，致使异质外延过程中金刚石成核困难、金刚石易脱离衬底材料甚至炸裂，并且异质外延单晶金刚石的质量普遍不高。拼接生长是将多块小的单晶金刚石拼接在一起，放入微波等离子化学沉积系统中，通过外延生长，使用新生长的单晶金刚石把拼接裂缝粘在一起，然后继续外延生长，得到完整的大单晶金刚石。拼接生长大面积金刚石面临的问题远没有异质外延多，只需要解决拼接过程中的接缝牢固拼接并形成完整单晶，可以做到既快速又高质量的生长大面积单晶金刚石。但是，在拼接的过程中，由于在拼接处原子排列不可能完全一致，存在很大的可能是两块金刚石根本无法形成完整单晶，各自外延各自的，导致拼接失败。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种交叉拼接生长大面积单晶金刚石的方法，以解决现有技术在拼接的过程中，由于在拼接处原子排列不可能完全一致，容易导致拼接失败的问题。
本发明采用以下技术方案：一种交叉拼接生长大面积单晶金刚石的方法，n个单晶金刚石拼接接在一起，n为大于等于2的正整数；其中，两两相邻单晶金刚石的待生长面不平行，且相邻的两个待生长面交叉形成交叉点；在n个单晶金刚石的待生长面上生长出覆盖所述n个单晶金刚石表面的完整的大单晶金刚石。
进一步的，待生长面相对于水平面的倾斜角为锐角。
进一步的，拼接之前，对单晶金刚石进行清洗并吹干。
进一步的，使用等离子体化学沉积技术在n个拼接在一起的单晶金刚石上生长出覆盖该n个单晶金刚石表面的完整的大单晶金刚石。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明在金刚石生长过程中，从交叉点开始生长连接两块金刚石单晶微观结构，然后逐步扩展至整个拼接斜面，实现两块金刚石的牢固连接并在拼接斜面形成单晶，为拼接生长完整大面积单晶金刚石提供了一种新的方法。
【附图说明】
图1为本发明实施例所得到的样品结构示意图；
图2-1至图2-3为本发明实施例的方法流程图。
其中，1.单晶金刚石a，2.单晶金刚石b，3.拼接斜面a，4.拼接斜面b，5.交叉点。
【具体实施方式】
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明提供了一种交叉拼接生长大面积单晶金刚石的方法，具体为：要对n个单晶金刚石进行拼接，n为大于等于2的正整数；其中，两两相邻单晶金刚石的待生长面不平行，且在相邻的两个待生长面交叉形成交叉点；使用等离子体化学沉积技术在n个单晶金刚石的待生长面上生长出覆盖所述n个单晶金刚石表面的完整的大单晶金刚石，如图1所示。
待生长面位于每个单晶金刚石的相同一侧，待生长面可以为在每个单晶金刚石的顶面、前面或者后面等等表面切割或研磨出的斜面，相邻的待生长面必须在待生长面上形成交叉点，而不能在待生长面的延长线上形成交叉点。
当n为2时，一种交叉拼接生长大面积单晶金刚石的方法具体为：对单晶金刚石a1和单晶金刚石b2进行清洗，并吹干；再将单晶金刚石a1研磨得到拼接斜面a3，将单晶金刚石b2研磨得到拼接斜面b4；再将单晶金刚石a1和单晶金刚石b2拼接，使得拼接斜面a3和和拼接斜面b4不平行，且在拼接斜面上形成交叉点5；使用等离子体化学沉积技术在单晶金刚石a1的拼接斜面a3和单晶金刚石b2的拼接斜面b4上同时生长完整的大单晶金刚石。
实施例
1)单晶金刚石a1和单晶金刚石b2的衬底选用(100)3х3х0.5mm3单晶金刚石，使用标准的酸碱洗工艺对单晶金刚石a1和单晶金刚石b2的衬底进行清洗，除去表面的非单晶金刚石相，如图2-1所示。
2)使用研磨机制备单晶金刚石a1的拼接斜面a3和单晶金刚石b2的拼接斜面b4，粗糙度小于5nm，倾斜度为5°，如图2-2所示。
3)将单晶金刚石a1的拼接斜面a3和单晶金刚石b2的拼接斜面b4手动拼接，并确保拼接斜面a3和拼接斜面b4不平行以及两个样品边上存在拼接交叉点5，如图2-3所示；
5)使用微波等离子体技术对拼接好的衬底进行外延，形成完整的大单晶金刚石6。微波等离子体化学沉积技术的生长条件为：功率600W,腔压为50Torr，气体总流量500sccm，如图1所示。
本发明在金刚石生长过程中，人为的为相邻两块金刚石之间提供一个连接点，形成完美单晶的出发点，首先在该连接点完成牢固连接并形成完美微观单晶，然后逐步扩展至整个拼接斜面，为小面积单晶拼接生长完整大面积单晶金刚石提供了一种新的方法。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
