【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多晶金刚石膜的制备工艺，具体涉及一种规模化制造具有超平表面的多晶金刚石膜的方法。
技术介绍
1、高质量的合成金刚石材料因其优异的物理和化学性质，一直被认为是机械、电子和光学领域应用的理想候选材料。迄今为止，人们已经成功合成了金刚石材料，但要获得大规模、高质量和超薄的金刚石膜仍具有相当大的挑战性。
2、掺杂金刚石可以进一步扩大其在电子器件中的应用，如掺杂硼的p型半导体和超导体，以及基于掺杂氮、硅等原子缺陷的量子光子学材料，特别是那些被称作下一代金刚石衬底的材料，如膜，预计将在电路和高功率电子器件的有效散热中发挥重要作用，特别是对于新兴的软/柔性电子器件。
3、实现上述基于金刚石的功能元件必然涉及标准纳米制造和无缝集成，所有这些都对金刚石材料的表面粗糙度提出了更高的要求。此外，器件的平坦表面也是许多测试/表征方法的先决条件，这些方法广泛应用于相应领域，例如热导率测量和半导体工业中的键合。
4、然而，与硅等其他材料不同，金刚石材料的平坦化非常困难，通过传统方法(如抛光)需要耗费大量的时间和能量。
5、金刚石膜主要是通过化学气相沉积(cvd)技术的同质和异质生长而制得。单晶金刚石(scd)膜主要是通过在大块金刚石基底上的同质生长获得的，它代表了许多应用所需的最高质量。例如，它对电子和空穴的高迁移率以及对辐射的优异抵抗力、对于核和高能物理实验中的探测器也具有很高的价值。然而，cvd生长的scd昂贵的生长过程、有限的制造规模和复杂的加工过程阻碍了其推广应用。
6、虽然
7、相比之下，可以在各种常见衬底上很容易地获得可规模化制造的、廉价且易于生长的多晶金刚石(pcd)膜，例如在si、sic、tic、co、pt、al2o3、ni和re等衬底上。特别是，在足够高的核密度的基础上，其可以形成连续的膜，而膜的质量与核的方向性密切相关。为了优化pcd膜，研究人员提出了纳米晶和超纳米晶金刚石膜的概念，通过沉积金刚石晶种形成连续的核。然而，pcd膜的表面光滑度不尽如人意，这是推广这样一个优秀平台的最大瓶颈之一。
8、综上所述，单晶金刚石(scd)极为严格的生长条件极大地阻碍了金刚石材料在大规模、成本可接受的领域中的应用；而多晶金刚石(pcd)由于轮廓不均匀导致不良的表面形貌与高粗糙，严重限制了其在纳米/微米尺度上进一步构建高精度光子结构。
技术实现思路
1、因此，本专利技术的目的是克服多晶金刚石(pcd)膜存在的表面形貌不佳、粗糙度高的问题，提供一种简单的方法，以可规模化和可控的方式制备大面积、超平坦且可转移的pcd膜。
2、本专利技术的第一方面提供了一种规模化制造超平多晶金刚石膜的方法，所述方法包括：
3、(1)在表面具有金刚石晶种的生长衬底上，采用化学气相沉积法生长一层多晶金刚石膜，其中，所述多晶金刚石膜包含：具有第一粗糙度的生长表面(或称作“生长面”)和与所述生长衬底接合的成核表面(或称作“形核面”)；
4、(2)将表面生长有多晶金刚石膜的生长衬底裁剪下至少一部分，该裁剪操作使得在裁剪处形成多晶金刚石膜与生长衬底接合的分界线；
5、(3)将剥离胶带粘贴至所述多晶金刚石膜的生长表面，其中，所述剥离胶带至少在裁剪处的边缘延伸超出所述多晶金刚石膜，以形成剥离操作端；
6、(4)拉动所述剥离操作端将所述多晶金刚石膜从所述生长衬底表面剥离下来，以使所述多晶金刚石膜的成核表面暴露，其中，暴露后的所述成核表面具有第二粗糙度，并且所述第二粗糙度小于第一粗糙度。
7、根据本专利技术提供的方法，其中，所述第一粗糙度可以为10～200nm，例如20～50nm。在本专利技术的优选实施方案中，所述第二粗糙度可以为0.5～5nm，优选为0.5～2nm，更优选为0.5～1nm。
8、根据本专利技术提供的方法，其中，步骤(1)中所述的金刚石晶种的粒径可以为2～10nm。在本专利技术的一些实施方案中，所述生长衬底可以选自si、sic、tic、co、pt、al2o3、ni、re、ir、sio2和mo中的一种或多种。在本专利技术的优选实施方案中，所述生长衬底的表面粗糙度低于2nm，优选低于1nm，更优选低于0.5nm。优选地，步骤(1)中采用微波等离子体辅助化学气相沉积(mpcvd)装置进行多晶金刚石膜的生长。在本专利技术的一些实施方案中，所述多晶金刚石膜的厚度可以为200nm～100μm，优选为200nm～10μm，更优选为400nm～5μm。
9、根据本专利技术提供的方法，其中，步骤(2)中所述的裁剪操作优选为垂直于所述多晶金刚石膜的生长表面进行裁剪。所述裁剪操作可以沿直线、曲线或弧线进行。在本专利技术的优选实施方案中，所述裁剪操作使得形成的多晶金刚石膜与生长衬底接合的分界线的长度至少为所述多晶金刚石膜的生长表面的周长的1％，例如，5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％，优选为5％～20％，优选为10％～12％。
10、在本专利技术的优选实施方案中，为了便于大规模生产，步骤(2)中所述的裁剪操作可以沿直线进行。当所述生长衬底为圆形时，裁剪形成的多晶金刚石膜与生长衬底接合的分界线的长度优选为衬底直径的20％～50％。
11、本专利技术的专利技术人经过大量实验研究发现，通过步骤(2)中所述的裁剪操作，能够减轻多晶金刚石膜在生长衬底侧壁上过度覆盖所产生的粘附力，从裁剪处开始，可以使多晶金刚石膜在剥离胶带的帮助下逐渐脱离生长衬底，从而获得完整的多晶金刚石膜，并且剥离后的生长衬底还可以循环使用。
12、根据本专利技术提供的方法，其中，步骤(3)中所述的剥离胶带可以为3m胶带、pvc胶带、pe胶带等。在本专利技术的实施方案中，所述剥离胶带完全覆盖裁剪操作后剩余的多晶金刚石膜，并且至少在裁剪边缘留有余量，以便于进行后续的剥离操作。
13、本专利技术的专利技术人经过大量实验研究发现，虽然不同厚度pcd膜的剥离性能与其机械强度有关，但不同的剥离操作(如速度、剥离角)也会对其产生影响。在机械强度允许的范围内进行合理的剥离操作是获得大面积、完整且裂纹较少的膜的前提。
14、在本专利技术中，剥离角是指拉动所述剥离操作端使得多晶金刚石膜与生长衬底分离的剥离力与多晶金刚石膜的生长表面之间的夹角(将剥离胶带的剥离操作端的起始位置定义为0°)。其中，获得完整且裂纹较少的多晶金刚石膜的剥离角范围称为安全剥离角。
15、在本专利技术中，完整性是指剥离得到的多晶金刚石膜的面积占剥离后的生长衬底的面积的百分比。
16、根据本专利技术提供的方法，其中，步骤(4)中拉动所述剥离操作端将所述多晶金刚石膜从生长衬底表面剥离下来的速度可以为1～10mm/s。在本专利技术的优选实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种规模化制造超平多晶金刚石膜的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一粗糙度为10～200nm，优选为20～50nm；优选地，所述第二粗糙度为0.5～5nm，优选为0.5～2nm，更优选为0.5～1nm。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(1)中所述的金刚石晶种的粒径为2～10nm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，步骤(1)中采用微波等离子体辅助化学气相沉积装置进行多晶金刚石膜的生长。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述生长衬底选自Si、SiC、TiC、Co、Pt、Al2O3、Ni、Re、Ir、SiO2和Mo中的一种或多种；优选地，所述生长衬底的表面粗糙度低于2nm，优选低于1nm，更优选低于0.5nm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述多晶金刚石膜的厚度为200nm～100μm，优选为200nm～10μm，更优选为400nm～5μm。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，步骤(2)中所述的裁剪操作
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，步骤(4)中拉动所述剥离操作端将所述多晶金刚石膜从所述生长衬底表面剥离下来的速度为1～10mm/s；优选地，步骤(4)中剥离操作的剥离角为10～90度。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述成核表面具有比所述生长表面高的折射率；优选地，所述成核表面具有比所述生长表面低的消光系数；
10.一种调控金刚石膜能带的方法，所述方法包括将权利要求1至9中任一项所述的方法制造的多晶金刚石膜附着在柔性基底表面，通过弯曲所述柔性基底使所述多晶金刚石膜被拉伸和/或压缩，在拉伸和/或压缩过程中通过所述多晶金刚石膜产生的应变实现对所述多晶金刚石膜的能带结构的调控。
...【技术特征摘要】
1.一种规模化制造超平多晶金刚石膜的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一粗糙度为10～200nm，优选为20～50nm；优选地，所述第二粗糙度为0.5～5nm，优选为0.5～2nm，更优选为0.5～1nm。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(1)中所述的金刚石晶种的粒径为2～10nm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，步骤(1)中采用微波等离子体辅助化学气相沉积装置进行多晶金刚石膜的生长。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述生长衬底选自si、sic、tic、co、pt、al2o3、ni、re、ir、sio2和mo中的一种或多种；优选地，所述生长衬底的表面粗糙度低于2nm，优选低于1nm，更优选低于0.5nm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述多晶金刚石膜的厚度为200nm～100μm，优选为200nm～10μm，更优选为400nm～5μm。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：褚智勤，景纪祥，林原，王琦，王忠强，李携曦，
申请(专利权)人：香港大学，
类型：发明
国别省市：
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