[发明专利]衬底及衬底的拼接方法和单晶金刚石的制备方法

说明书

本发明涉及单晶金刚石技术领域，具体提供一种衬底及衬底的拼接方法和单晶金刚石的制备方法。所述衬底的拼接方法包括以下步骤：提供单晶金刚石籽晶，单晶金刚石籽晶具有底表面和与底表面相背的顶表面；单晶金刚石籽晶具有自底表面至顶表面的第一高度；沿第一高度的等分线切割单晶金刚石籽晶，使单晶金刚石籽晶被切割成具有相同第二高度的多块籽晶；将多块籽晶沿垂直于第二高度的方向进行拼接，且使相互拼接的籽晶之间的晶体取向相同，由此获得衬底。本发明可获得晶体取向相同的衬底，从而有助于节省单晶金刚石的加工工序，提高单晶金刚石的生长效率以及获得大尺寸、高质量的单晶金刚石。

【技术领域】

本发明涉及单晶金刚石技术领域，尤其涉及一种衬底及衬底的拼接方法和单晶金刚石的制备方法。

【背景技术】

目前单晶金刚石的合成通常是采用天然金刚石或者人工合成的单晶金刚石膜片作为籽晶在其原始尺寸上生长，但是由于大尺寸天然金刚石非常稀有且价格昂贵，而人工合成的单晶金刚石本身受到籽晶尺寸的限制，随着金刚石生长层的生长，晶体的顶部表面积逐渐变小，限制了大尺寸单晶金刚石膜片的获得，因此现有方法得到的金刚石的尺寸比较受限。

为获得大尺寸单晶金刚石，现有技术将若干块小尺寸的单晶金刚石籽晶拼接在一起，得到由若干块小尺寸单晶金刚石籽晶拼合而成的衬底，随后在衬底的表面进行同质外延生长，从而得到大尺寸的单晶金刚石。但是，这种拼接生长方法至少存在以下缺陷：

(1)、籽晶的选用难度高、拼接工艺复杂，拼接效果比较差。具体如下：该生长方法要求被拼接的两块籽晶的大小、厚度以及晶体取向完全一致才能生成质量比较好的大尺寸单晶金刚石。然而，不管是自然存在的天然单晶金刚石籽晶还是人工合成的单晶金刚石籽晶，在加工成{100}晶向的片晶后，不同片晶的晶体取向不可能完全一致。为了获得较好的拼接效果，需要将两块不同的籽晶按晶体取向进行拼接，这就需要对多块籽晶的晶体取向作准确的分析标定，然后选择合适的两块籽晶，同时，还需要对选出的两块籽晶的拼接面进行角度的测量和抛光调整，这些都极大地增加了大尺寸单晶金刚石生长工艺的复杂性。

(2)、单晶金刚石生长效率低，获得的单晶金刚石缺陷多。具体如下：由于籽晶选用工艺复杂，使得大尺寸单晶金刚石的加工效率低下；而拼接成的衬底中，只要几块籽晶的晶体取向稍有不同，在生长单晶金刚石层时就极容易在生长层的拼接处留下亚晶界甚至是肉眼可见的缝隙，从而影响大尺寸单晶金刚石的质量。

因此，有必要提供一种新的技术方案以解决现有大尺寸金刚石加工存在的上述技术问题。

【发明内容】

本发明的目的之一在于提供一种衬底及衬底的拼接方法，以解决现有籽晶选用难度高、拼接工艺复杂且拼接效果差而不利于获得大尺寸单晶金刚石等问题。

为实现上述技术目标，采用如下的技术方案：

一种衬底的拼接方法，包括以下步骤：

提供单晶金刚石籽晶，所述单晶金刚石籽晶具有底表面和与所述底表面相背的顶表面；所述单晶金刚石籽晶具有自所述底表面至所述顶表面的第一高度；

沿所述第一高度的等分线切割所述单晶金刚石籽晶，使所述单晶金刚石籽晶被切割成具有相同第二高度的多块籽晶；

将多块所述籽晶沿垂直于所述第二高度的方向进行拼接，且使相互拼接的所述籽晶之间的晶体取向相同，由此获得衬底。

本发明的目的之二在于提供一种衬底，所述衬底由多块籽晶拼接而成，且相互拼接的多块所述籽晶的晶体取向相同；

所述衬底采用上述所述的拼接方法拼接得到。

本发明的目的之三在于提供一种单晶金刚石的制备方法，包括以下步骤：

提供如上所述的衬底；

在所述衬底的一表面上生长单晶金刚石层，获得单晶金刚石。