[发明专利]异质外延金刚石及其制备方法

权利要求书

1.一种异质外延金刚石，其特征在于，包括：

异质衬底(1)；

石墨烯柔性层(2)，制备于所述异质衬底(1)上；

金刚石层(3)，外延生长于所述石墨烯柔性层(2)上；

其中，所述石墨烯柔性层(2)作为异质衬底(1)上生长金刚石的柔性中间层。

2.根据权利要求1所述的异质外延金刚石，其特征在于，所述石墨烯柔性层(2)的厚度范围介于1～50个原子层之间。

3.根据权利要求1所述的异质外延金刚石，其特征在于，所述异质衬底(1)的材料选择于以下材料中的一种单质材料或两种以上组成的复合材料：碳化硅、硅、蓝宝石、玻璃、石英和金属。

4.一种异质外延金刚石的制备方法，其特征在于，包括：

在异质衬底(1)表面制备石墨烯柔性层(2)；

在石墨烯柔性层(2)上生长金刚石层(3)；

其中，所述石墨烯柔性层(2)作为在异质衬底(1)上生长金刚石的柔性中间层。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述在异质衬底(1)表面制备石墨烯柔性层(2)的方法选用以下方法其中一种：高温热解法、化学气相沉积法或机械剥离法。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述高温热解法的气体为提纯氩气，温度为1500摄氏度～1700摄氏度，沉积腔气压为500～700Torr。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积法的生长气体为甲烷和氢气按1∶10～1∶2的摩尔比混合而成，生长温度为1000～1300摄氏度，沉积腔气压为100～700Toor。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述在石墨烯柔性层(2)上生长金刚石层(3)的生长气体为甲烷和氢气按1∶100～1∶10的比例混合而成，生长温度为800～1250摄氏度，沉积腔压力为60～200Torr。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述外延生长过程中加入氮气，氮气与甲烷比为0∶100～3∶100。

10.根据权利要求4至9中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述在异质衬底(1)表面制备石墨烯柔性层(2)的步骤之前还包括：

对所述异质衬底(1)进行表面处理，以去除异质衬底(1)表面异物与杂质。

11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述对异质衬底(1)进行表面处理包括：

步骤a，将异质衬底(1)置于第一酸性混合溶液中清洗；

步骤b，将步骤a清洗后的异质衬底(1)置于碱性混合溶液中清洗；

步骤c，将步骤b清洗后的异质衬底(1)置于第二酸性混合溶液中清洗；

步骤d，将步骤c清洗后的异质衬底(1)置于氢氟酸中清洗；

步骤e，将经氢氟酸清洗后的异质衬底(1)用离子水清洗，并用氮气将异质衬底表面吹干；以及

步骤f，对异质衬底(1)使用氢气进行表面处理。

12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：

所述步骤a中第一酸性混合溶液为浓硫酸与过氧化氢按4∶1的摩尔比混合而成，清洗时间为10～20分钟；

所述步骤b中碱性混合溶液为氨水、过氧化氢、去离子水按1∶1∶5的摩尔比混合而成，清洗时间为10～15分钟；

所述步骤c中第二酸性混合溶液为盐酸、过氧化氢、去离子水按1∶1∶5的摩尔比混合而成，清洗时间为10～15分钟；

所述步骤d中氢氟酸浓度为0.5％～2％，清洗时间为1～3分钟；和/或

所述步骤f所述氢气进行表面处理的压力为1～600Torr，温度为1000～1600摄氏度，处理时间为10～15分钟。