申請號：201410794743.0

       申請人：哈爾濱工業大學

       發明人：王楊 代兵 朱嘉琦 舒國陽

       摘要： 本發明公開了一種異質外延生長大尺寸單晶金剛石的襯底及其制備方法。所述襯底自下而上依次為Si襯底、TiN單晶籽晶層、金屬氧化物單晶薄膜層、銥單晶薄膜層。本發明設計并制備了一種可異質外延生長大尺寸單晶金剛石的疊層，特別地，在其中插入了TiN單晶籽晶層作為外延模板和過渡緩沖層，提高了氧化物及整個襯底外延層的晶向的取向一致度及生長質量，從而為生長高質量大尺寸單晶金剛石提供了可能；本發明由于使用了TiN緩沖層，整個外延疊層結構可以基于Si襯底進行，使得外延成本大大地降低，同時基于Si襯底生長金剛石，可以更好地與電子信息工業相匹配。

       主權利要求：1.一種異質外延生長大尺寸單晶金剛石的襯底，其特征在于所述襯底自下而上依次為Si襯底、TiN單晶籽晶層、金屬氧化物單晶薄膜層、銥單晶薄膜層。

       2.根據權利要求1所述的異質外延生長大尺寸單晶金剛石的襯底，其特征在于所述Si襯底為(100)取向的單晶硅片。

       3.根據權利要求1所述的異質外延生長大尺寸單晶金剛石的襯底，其特征在于所述TiN單晶籽晶層的厚度為5 ~10nm。

       4.根據權利要求1所述的異質外延生長大尺寸單晶金剛石的襯底，其特征在于所述金屬氧化物單晶薄膜層的厚度為60~120nm。

       5.根據權利要求1所述的異質外延生長大尺寸單晶金剛石的襯底，其特征在于所述金屬氧化物為MgO、YSZ或SrTiO3。

       6.根據權利要求1所述的異質外延生長大尺寸單晶金剛石的襯底，其特征在于所述銥單晶薄膜層的厚度為50~100nm。

       7.根據權利要求1-6任一權利要求所述的異質外延生長大尺寸單晶金剛石的襯底的制備方法，其特征在于所述制備方法步驟如下： 步驟一、Si襯底的切割與表面處理： 將(100)取向的單晶硅片切割成所需尺寸的晶片，依次在丙酮、無水乙醇、去離子水中超聲清洗各5~10min，用吹風機吹干；將經過預清洗的Si片進行預氧化處理； 步驟二、TiN單晶籽晶層的生長： 利用外延生長工藝在步驟一處理后的襯底上外延生長TiN單晶籽晶層作為緩沖層； 步驟三、金屬氧化物單晶薄膜層的生長： 在TiN籽晶層上外延生長金屬氧化物薄膜層； 步驟四、銥單晶薄膜層的生長： 在金屬氧化物薄膜上外延生長銥單晶薄膜層。

       8.根據權利要求7所述的異質外延生長大尺寸單晶金剛石的襯底的制備方法，其特征在于所述預氧化處理步驟如下： （1）將經過預清洗的Si片浸入體積比為H2O2:H2O=1:15~1:25的溶液中，60~65℃下放置8~10min進行預氧化； （2）再浸入由NH4OH溶液、H2O2溶液和去離子水按體積比1:2:5~1:1:10配制的SC-1溶液中，水浴加熱到60~65℃，浸泡時間為8~10min； （3）用去離子水浸泡3~5min后，浸入由HCl溶液、H2O2溶液和去離子水按體積比1:2:5~1:1:6配制的SC-2溶液中，加熱到60~65℃，浸泡時間為8~10min； （4）再用去離子水浸泡3~5min后，浸入由HF溶液和去離子水按體積比1:5~1:6配制的DHF溶液，室溫下放置10~15min，接著進行后清洗； （5）將清洗過的Si片放入無水乙醇中保存。

       9.根據權利要求7所述的異質外延生長大尺寸單晶金剛石的襯底的制備方法，其特征在于所述步驟三的具體步驟如下：以Si片作為外延襯底，以高純Ti靶和高純氮氣為原料，反應生長TiN籽晶層。

       10.根據權利要求7所述的異質外延生長大尺寸單晶金剛石的襯底的制備方法，其特征在于所述步驟三的具體步驟如下：以Si片作為外延襯底，以高純TiN靶為原料，沉積TiN單晶籽晶層。