[发明专利]一种单晶钻石薄膜的制备方法

权利要求书

1.一种单晶钻石薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取钻石衬底和异质衬底；

对所述钻石衬底的表面进行He离子注入，使注入的离子在所述钻石衬底相应的深度下聚集形成缺陷层，将所述钻石衬底中缺陷层之上的钻石薄膜作为同质外延的衬底；

采用同质外延在所述钻石薄膜上生长一层单晶钻石薄膜；

将所述单晶钻石薄膜与所述异质衬底键合，形成键合结构；

对所述键合结构进行湿法腐蚀或电化学腐蚀，将所述缺陷层去除，使所述单晶钻石薄膜转移至所述异质衬底表面；若对所述键合结构进行电化学腐蚀，则在所述将所述外延后的钻石薄膜与所述异质衬底键合步骤之前，对进行同质外延后的钻石衬底进行高温退火，使所述缺陷层发生石墨化，形成石墨化的缺陷层；

对转移后的单晶钻石薄膜进行表面处理，全部去除或部分去除钻石薄膜损伤层；所述钻石薄膜损伤层为所述钻石衬底上因离子注入而引入的损伤区域。

其中，He离子注入的注入能量和注入剂量根据溶解所述缺陷层的方法分梯度设定。

2.根据权利要求1所述的单晶钻石薄膜的制备方法，其特征在于，所述将所述外延后的钻石薄膜与所述异质衬底键合，包括：

在所述外延后的钻石薄膜表面形成第一键合介质层；

在所述异质衬底表面形成第二键合介质层；

将所述第一键合介质层与所述第二键合介质层键合。

3.根据权利要求1所述的单晶钻石薄膜的制备方法，其特征在于，

若对所述键合结构进行湿法腐蚀，则所述对所述钻石衬底的表面进行He离子注入步骤中，He离子的注入能量范围为50keV～300keV，注入剂量范围为1E16 ions/cm²～4E17ions/cm²；

若对所述键合结构进行电化学法腐蚀，则所述对所述钻石衬底的表面进行He离子注入步骤中，He离子的注入能量范围为1MeV～10MeV，注入剂量范围为1E17 ions/cm²～2E18ions/cm²。

4.根据权利要求1所述的单晶钻石薄膜的制备方法，其特征在于，所述采用同质外延在所述钻石薄膜上生长一层单晶钻石薄膜步骤中，所述单晶钻石薄膜的生长方法包括微波等离子体化学气相沉积法、热辅助化学气相沉积法或等离子增强化学气相沉积法；生长温度范围为900℃～1500℃。

5.根据权利要求1所述的单晶钻石薄膜的制备方法，其特征在于，所述高温退火过程的退火温度范围为1000℃～1700℃，退火氛围包括真空、氩气、氮气或氢气，且所述高温退火过程的退火温度高于所述单晶钻石薄膜的生长温度。

6.根据权利要求2所述的单晶钻石薄膜的制备方法，其特征在于，所述第一键合介质层的材料包括SiNx、Al₂O₃或SiO₂；

所述第二键合介质层的材料包括SiNx或Al₂O₃。

7.根据权利要求2所述的单晶钻石薄膜的制备方法，其特征在于，所述第一键合介质层和所述第二键合介质层的厚度范围均为0～5um；

所述第一键合介质层和所述第二键合介质层的生长方法均包括热氧化法或气相沉积法。

8.根据权利要求2所述的单晶钻石薄膜的制备方法，其特征在于，所述将所述外延后的钻石薄膜与所述异质衬底键合步骤中，键合的方法包括SAB键合或亲水性键合；

键合过程的温度范围为20℃～800℃；

键合的环境包括真空环境、常温常压或氮气气氛。

9.根据权利要求1所述的单晶钻石薄膜的制备方法，其特征在于，所述湿法腐蚀过程中采用的腐蚀溶液包括浓硫酸、浓盐酸或浓硝酸，腐蚀温度为常温至300℃。