【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微电子，特别是涉及一种金刚石复合衬底及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着微电子技术的不断更迭，功率器件正朝着高频化、高度集成化和高度智能化的方向发展，随之而来的是功率器件功耗不断增加，导致芯片温度越来越高，其直接影响着功率器件的使用寿命和可靠性。为了解决功率器件的散热问题，最有前景的方案是将高导热的金刚石材料作为功率器件的散热衬底，使金刚石足够近地接触器件有源区，通过热传导的方式将热量迅速传输出去。目前，常用的方式是直接在基片上外延生长金刚石层来制备复合衬底，再以复合衬底为基材制备功率器件。
2、然而，由于较薄的基片无法承受金刚石生长过程中的高温热场环境以及由于晶格失配和热失配产生的内应力，使得在基片上生长金刚石时，必须要求基片材料具有一定的厚度，例如，制备2英寸的金刚石复合衬底时，选用基片的厚度需≥3mm，且制备金刚石复合衬底的尺寸越大，所需基片的厚度也越厚。因此，在外延生长金刚石之后，必须对基片进行减薄，只有当减薄后的基片的厚度为纳米级别时，才能充分发挥金刚石的高导热性能优势。目前，常用的减薄方式有机械研磨和化学刻蚀，但是，这两种方式均只能将基片减薄至10μm～500μm之间，而且在减薄过程中，基片和金刚石层都极易发生碎裂，因此无法将基片减薄至纳米级，进而无法获得基于纳米级基片的金刚石复合衬底，从而严重阻碍了金刚石复合衬底在功率器件领域的规模化应用。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述问题，提供一种金刚石复合衬底及其制备方法和应用，所述金刚石
2、一种金刚石复合衬底的制备方法，包括以下步骤：
3、提供基片；
4、对所述基片进行离子注入，将所述基片分隔成依次层叠设置的衬底、离子注入层以及剥离层，所述衬底的厚度为h，0＜h≤100nm；
5、在所述衬底背离所述离子注入层的表面制备碳基缓冲层；
6、在所述碳基缓冲层上制备金刚石层，且所述碳基缓冲层的弹性模量小于所述金刚石层的弹性模量；
7、采用电化学剥离工艺剥离所述离子注入层和所述剥离层，得到金刚石复合衬底。
8、在其中一个实施例中，10nm≤h≤100nm。
9、在其中一个实施例中，在所述离子注入的步骤中，注入的离子选自氢离子，注入剂量为1016cm-2～1017cm-2，注入能量为10kev～30kev；
10、及/或，注入的离子选自氦离子，注入剂量为1017cm-2～1018cm-2，注入能量为20kev～50kev。
11、在其中一个实施例中，在制备碳基缓冲层的步骤中，所述碳基缓冲层的厚度为1nm～3nm。
12、在其中一个实施例中，所述碳基缓冲层选自石墨烯缓冲层、碳纳米管缓冲层或石墨缓冲层中的至少一种。
13、在其中一个实施例中，采用微波等离子体化学气相沉积法在所述碳基缓冲层上制备金刚石层，其中，温度为600℃～750℃，时间为48h～120h。
14、在其中一个实施例中，所述金刚石层的厚度为150μm～500μm。
15、在其中一个实施例中，采用电化学剥离工艺剥离所述离子注入层和所述剥离层的步骤中，电压为80v～120v，电流为300ma～600ma。
16、一种所述的金刚石复合衬底，包括依次层叠设置的衬底、碳基缓冲层和金刚石层，所述衬底的厚度为h，0＜h≤100nm。
17、一种所述的金刚石复合衬底在功率器件中的应用。
18、本专利技术提供的金刚石复合衬底的制备方法，基于离子注入技术的智能切割工艺，使衬底厚度控制在100nm之内，并在衬底背离离子注入层的表面依次制备碳基缓冲层和金刚石层，最后采用电化学剥离工艺剥离离子注入层和剥离层。其中，通过控制碳基缓冲层的弹性模量小于金刚石层的弹性模量，并且采用温和的电化学剥离工艺，能够缓解并释放在制备金刚石层过程以及剥离过程中纳米级衬底的内应力，避免衬底发生碎裂，从而有利于将基片减薄至纳米级，获得基于纳米级超薄基片的金刚石复合衬底。
19、因此，本专利技术的制备方法能够获得高质量的基于纳米级超薄基片的金刚石复合衬底，充分发挥金刚石的高导热性能优势，大幅降低了金刚石复合衬底的综合热阻，有利于提升金刚石复合衬底在功率器件领域的大规模应用。
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1.一种金刚石复合衬底的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的金刚石复合衬底的制备方法，其特征在于，10nm≤h≤100nm。
3.根据权利要求1所述的金刚石复合衬底的制备方法，其特征在于，在所述离子注入的步骤中，注入的离子选自氢离子，注入剂量为1016cm-2～1017cm-2，注入能量为10KeV～30KeV；
4.根据权利要求1所述的金刚石复合衬底的制备方法，其特征在于，在制备碳基缓冲层的步骤中，所述碳基缓冲层的厚度为1nm～3nm。
5.根据权利要求1或4所述的金刚石复合衬底的制备方法，其特征在于，所述碳基缓冲层选自石墨烯缓冲层、碳纳米管缓冲层或石墨缓冲层中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的金刚石复合衬底的制备方法，其特征在于，采用微波等离子体化学气相沉积法在所述碳基缓冲层上制备所述金刚石层，其中，温度为600℃～750℃，时间为48h～120h。
7.根据权利要求1或6所述的金刚石复合衬底的制备方法，其特征在于，所述金刚石层的厚度为150μm～500μm。
8
9.一种金刚石复合衬底，其特征在于，采用如权利要求1～8任一项所述的金刚石复合衬底的制备方法得到，包括依次层叠设置的衬底、碳基缓冲层和金刚石层，所述衬底的厚度为h，0＜h≤100nm。
10.一种如权利要求9所述的金刚石复合衬底在功率器件中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种金刚石复合衬底的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的金刚石复合衬底的制备方法，其特征在于，10nm≤h≤100nm。
3.根据权利要求1所述的金刚石复合衬底的制备方法，其特征在于，在所述离子注入的步骤中，注入的离子选自氢离子，注入剂量为1016cm-2～1017cm-2，注入能量为10kev～30kev；
4.根据权利要求1所述的金刚石复合衬底的制备方法，其特征在于，在制备碳基缓冲层的步骤中，所述碳基缓冲层的厚度为1nm～3nm。
5.根据权利要求1或4所述的金刚石复合衬底的制备方法，其特征在于，所述碳基缓冲层选自石墨烯缓冲层、碳纳米管缓冲层或石墨缓冲层中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的金刚石复合衬底的制备方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭祖军，潘鹏，庞体强，杨家乐，黄雪润，何申伟，
申请(专利权)人：钱塘科技创新中心，
类型：发明
国别省市：
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