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       申請人：哈爾濱工業(yè)大學

       發(fā)明人：王楊 代兵 朱嘉琦 舒國陽

       摘要： 本發(fā)明公開了一種異質(zhì)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(fā)明設(shè)計并制備了一種可異質(zhì)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(zhì)量，從而為生長高質(zhì)量大尺寸單晶金剛石提供了可能；本發(fā)明由于使用了TiN緩沖層，整個外延疊層結(jié)構(gòu)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(yè)相匹配。

       主權(quán)利要求：1.一種異質(zhì)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(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)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(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)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(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)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(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)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(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)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(jù)權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的異質(zhì)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(jīng)過預(yù)清洗的Si片進行預(yù)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(jù)權(quán)利要求7所述的異質(zhì)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(yù)氧化處理步驟如下： （1）將經(jīng)過預(yù)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(yù)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(jù)權(quán)利要求7所述的異質(zhì)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(yīng)生長TiN籽晶層。

       10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的異質(zhì)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。