【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种大尺寸高质量金刚石晶体及其应用，属于金刚石制备。
技术介绍
1、随着工业界对于材料性能需求的不断提高，金刚石作为一种具有卓越物理性质的材料，已经在多个领域展现出了广泛的应用前景。然而，金刚石的扩径困难一直以来都是其生长制备过程中的一大难题，限制了大尺寸单晶金刚石的获得。
2、传统的金刚石生长方法主要包括化学气相沉积（cvd）和高温高压合成（hpht）两种。尽管这些方法能够在一定程度上实现金刚石的生长，但难以控制金刚石晶体的尺寸和质量，尤其是难以获得大尺寸的单晶金刚石。面对这一问题，科研人员已经提出了多种解决思路，其中以异质外延和拼接法生长为主。
3、异质外延方法主要通过在非金刚石衬底表面沉积铱或其复合材料，再进行金刚石生长，以期实现金刚石晶体的扩径。然而，这种方法受到了晶格匹配性和晶体质量等因素的限制，往往难以获得高质量的单晶金刚石。
4、相比之下，拼接法生长作为一种备受关注的方法，主要是基于同质外延原理，通过将多个小尺寸的金刚石晶体拼接在一起，在其界面处再次进行生长，从而实现晶体的尺寸扩大。这种方法相对于异质外延而言，更易于获得高质量的单晶金刚石。然而，当前的拼接法生长过程中仍然存在一些问题，尤其是在拼接缝处容易出现结晶质量不均匀、多晶、裂缝等质量问题，这一直是拼接法生长过程中的痛点。
5、目前也报道了一些金刚石拼接生长改进生长方法，例如cn115874282a中先将金刚石籽晶进行预生长，以台阶流方向偏差为参考依据，选出方向偏差在10°内的样品进行拼接，但是该生长方
技术实现思路
1、为了解决上述问题，提供了一种大尺寸高质量金刚石晶体，该晶体表面能够形成稳定的台阶流，提高尺寸的同时，晶体原子台阶的均一性和结晶质量高，能够提高金刚石制备的器件的稳定性。
2、根据本申请的一个方面，提供了一种大尺寸高质量金刚石晶体，所述金刚石晶体通过拼接法生长得到，所述金刚石晶体的直径不小于2英寸，其包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第一表面和/或所述第二表面具有多个原子台阶，所述原子台阶的高度为10~200nm，宽度为2~60μm。
3、可选地，所述原子台阶的高度为80~200nm，宽度为20~60μm。
4、可选地，多个所述原子台阶的高度差不大于19nm，多个所述原子台阶的宽度差不大于4.1μm；
5、优选的，多个所述原子台阶的高度差不大于16nm，多个所述原子台阶的宽度差不大于3.7μm；
6、更优选的，多个所述原子台阶的高度差不大于10nm，多个所述原子台阶的宽度差不大于2.1μm。
7、更优选的，多个所述原子台阶的高度差不大于8nm，多个所述原子台阶的宽度差不大于1.5μm。
8、可选地，所述第一表面和第二表面不同位置处的xrd半峰宽均不大于140arcsec，优选的，所述第一表面和第二表面不同位置处的xrd半峰宽均不大于120arcsec；
9、优选的，所述第一表面和第二表面不同位置处的xrd半峰宽的差值均不大于35arcsec；更优选的，所述第一表面和第二表面不同位置处的xrd半峰宽的差值均不大于15arcsec。
10、可选地，所述第一表面和第二表面不同位置处的拉曼半峰宽均不大于4.3cm-1；优选的，所述第一表面和第二表面不同位置处的拉曼半峰宽均不大于4.0 cm-1。
11、优选的，所述第一表面和第二表面不同位置处的拉曼半峰宽的差值均不大于1cm-1。
12、可选地，所述第一表面和/或所述第二表面与所述金刚石晶体的（100）面的夹角为0~0.5°，优选为0~0.2°。
13、可选地，所述第一表面和/或所述第二表面与（311）面的夹角为0~0.5°，优选为0~0.2°。
14、可选地，所述金刚石晶体的厚度为200~1000μm，优选为300~600μm。
15、可选地，所述金刚石晶体的直径不小于4英寸，优选的，所述金刚石晶体的直径不小于6英寸，更优选的，所述金刚石晶体的直径不小于8英寸。
16、根据本申请的另一个方面，提供了上述任一项所述的大尺寸高质量金刚石晶体在半导体器件和量子通讯中的应用。
17、上述任一项所述的大尺寸金刚石晶体的制备方法，包括下述步骤：
18、（1）挑选金刚石晶片：所述金刚石晶片的六面均为（100）面，不同金刚石晶片的厚度差＜5μm，所述金刚石晶片生长面的xrd摇摆曲线半峰宽≤400arcsec、拉曼半峰宽≤10cm-1；
19、且所述金刚石晶片的（100）面和/或（311）面进行xrd的φ扫描和x扫描时，满足下述条件a和b：
20、单个金刚石晶片的各方向数值：0°＜φ＜90°、0.5°≤|χ1|＜6°、|χ2|＜6°，
21、不同金刚石晶片的各方向偏差值：δφ＜2°、δχ1＜0.5°、δχ2＜0.5°，
22、其中χ1为测试点1和测试点3的连线相对于晶格的取向偏差，χ2为测试点2和测试点4的连线相对于晶格的取向偏差；
23、（2）将若干个金刚石晶片排列作为拼接衬底，通过化学气相沉积法进行金刚石生长，即得大尺寸金刚石。
24、本申请中不同金刚石晶片的厚度差＜5μm能够保证后续金刚石晶体生长的一致性，通过xrd半峰宽和拉曼半峰宽选取晶体质量较好的金刚石晶片作为籽晶，并且通过φ、χ1和χ2值选取晶型一致的金刚石晶片，实现对籽晶质量的优化，从而提高金刚石拼接缝处的晶体质量，提高金刚石整体的质量和尺寸，获得大尺寸、结晶质量好且原子台阶均匀排列的金刚石晶体。
25、步骤（2）中的若干个金刚石晶片是指两个以上金刚石晶片，本领域技术人员可根据需要制备的金刚石晶体的大小及金刚石晶片（籽晶）的大小选择合适的数量即可。
26、金刚石晶体的晶面四个边角处存在测试点1、测试点2、测试点3和测试点4，测试点1和测试点3呈对角分布，测试点2和测试点4呈对角分布，且测试点1和测试点3的连线与测试点2和测试点4的连线在金刚石晶体的中心相交，上述xrd的φ扫描和x扫描中，首先对金刚石晶体的晶面进行φ扫描，找到最强衍射峰；之后旋转金刚石晶体以使得最强衍射峰的φ值置于0~90°之间，定义此时与x射线方向连线的夹角＜45°的分别为测试点本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大尺寸高质量金刚石晶体，其特征在于，所述金刚石晶体通过拼接法生长得到，所述金刚石晶体的直径不小于2英寸，其包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第一表面和/或所述第二表面具有多个原子台阶，所述原子台阶的高度为10~200nm，宽度为2~60μm。
2.根据权利要求1所述的大尺寸高质量金刚石晶体，其特征在于，所述原子台阶的高度为80~200nm，宽度为20~60μm。
3.根据权利要求1所述的大尺寸高质量金刚石晶体，其特征在于，多个所述原子台阶的高度差不大于19nm，多个所述原子台阶的宽度差不大于4.1μm。
4.根据权利要求1所述的大尺寸高质量金刚石晶体，其特征在于，所述第一表面和第二表面不同位置处的XRD半峰宽均不大于140arcsec。
5.根据权利要求1所述的大尺寸高质量金刚石晶体，其特征在于，所述第一表面和第二表面不同位置处的拉曼半峰宽均不大于4.3cm-1。
6.根据权利要求1所述的大尺寸高质量金刚石晶体，其特征在于，所述第一表面和/或所述第二表面与所述金刚石晶体的（100）面的夹角为0~0.
7.根据权利要求1所述的大尺寸高质量金刚石晶体，其特征在于，所述第一表面和/或所述第二表面与（311）面的夹角为0~0.5°。
8.根据权利要求1所述的大尺寸高质量金刚石晶体，其特征在于，所述金刚石晶体的厚度为200~1000μm。
9.根据权利要求1所述的大尺寸高质量金刚石晶体，其特征在于，所述金刚石晶体的直径不小于4英寸。
10.权利要求1~9任一项所述的大尺寸高质量金刚石晶体在半导体器件和量子通讯中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种大尺寸高质量金刚石晶体，其特征在于，所述金刚石晶体通过拼接法生长得到，所述金刚石晶体的直径不小于2英寸，其包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第一表面和/或所述第二表面具有多个原子台阶，所述原子台阶的高度为10~200nm，宽度为2~60μm。
2.根据权利要求1所述的大尺寸高质量金刚石晶体，其特征在于，所述原子台阶的高度为80~200nm，宽度为20~60μm。
3.根据权利要求1所述的大尺寸高质量金刚石晶体，其特征在于，多个所述原子台阶的高度差不大于19nm，多个所述原子台阶的宽度差不大于4.1μm。
4.根据权利要求1所述的大尺寸高质量金刚石晶体，其特征在于，所述第一表面和第二表面不同位置处的xrd半峰宽均不大于140arcsec。
5.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：王旗，朱灿，王凯，宋猛，刘硕，党一帆，宋生，潘亚妮，王宗玉，马立兴，王立凤，
申请(专利权)人：山东天岳先进科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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