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　　申请号：201410794743.0

       申请人：哈尔滨工业大学

       发明人：王杨 代兵 朱嘉琦 舒国阳

       摘要： 本发明公开了一种异质外延生长大尺寸单晶金刚石的衬底及其制备方法。所述衬底自下而上依次为Si衬底、TiN单晶籽晶层、金属氧化物单晶薄膜层、铱单晶薄膜层。本发明设计并制备了一种可异质外延生长大尺寸单晶金刚石的叠层，特别地，在其中插入了TiN单晶籽晶层作为外延模板和过渡缓冲层，提高了氧化物及整个衬底外延层的晶向的取向一致度及生长质量，从而为生长高质量大尺寸单晶金刚石提供了可能；本发明由于使用了TiN缓冲层，整个外延叠层结构可以基于Si衬底进行，使得外延成本大大地降低，同时基于Si衬底生长金刚石，可以更好地与电子信息工业相匹配。

       主权利要求：1.一种异质外延生长大尺寸单晶金刚石的衬底，其特征在于所述衬底自下而上依次为Si衬底、TiN单晶籽晶层、金属氧化物单晶薄膜层、铱单晶薄膜层。

       2.根据权利要求1所述的异质外延生长大尺寸单晶金刚石的衬底，其特征在于所述Si衬底为(100)取向的单晶硅片。

       3.根据权利要求1所述的异质外延生长大尺寸单晶金刚石的衬底，其特征在于所述TiN单晶籽晶层的厚度为5 ~10nm。

       4.根据权利要求1所述的异质外延生长大尺寸单晶金刚石的衬底，其特征在于所述金属氧化物单晶薄膜层的厚度为60~120nm。

       5.根据权利要求1所述的异质外延生长大尺寸单晶金刚石的衬底，其特征在于所述金属氧化物为MgO、YSZ或SrTiO3。

       6.根据权利要求1所述的异质外延生长大尺寸单晶金刚石的衬底，其特征在于所述铱单晶薄膜层的厚度为50~100nm。

       7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的异质外延生长大尺寸单晶金刚石的衬底的制备方法，其特征在于所述制备方法步骤如下： 步骤一、Si衬底的切割与表面处理： 将(100)取向的单晶硅片切割成所需尺寸的晶片，依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中超声清洗各5~10min，用吹风机吹干；将经过预清洗的Si片进行预氧化处理； 步骤二、TiN单晶籽晶层的生长： 利用外延生长工艺在步骤一处理后的衬底上外延生长TiN单晶籽晶层作为缓冲层； 步骤三、金属氧化物单晶薄膜层的生长： 在TiN籽晶层上外延生长金属氧化物薄膜层； 步骤四、铱单晶薄膜层的生长： 在金属氧化物薄膜上外延生长铱单晶薄膜层。

       8.根据权利要求7所述的异质外延生长大尺寸单晶金刚石的衬底的制备方法，其特征在于所述预氧化处理步骤如下： （1）将经过预清洗的Si片浸入体积比为H2O2:H2O=1:15~1:25的溶液中，60~65℃下放置8~10min进行预氧化； （2）再浸入由NH4OH溶液、H2O2溶液和去离子水按体积比1:2:5~1:1:10配制的SC-1溶液中，水浴加热到60~65℃，浸泡时间为8~10min； （3）用去离子水浸泡3~5min后，浸入由HCl溶液、H2O2溶液和去离子水按体积比1:2:5~1:1:6配制的SC-2溶液中，加热到60~65℃，浸泡时间为8~10min； （4）再用去离子水浸泡3~5min后，浸入由HF溶液和去离子水按体积比1:5~1:6配制的DHF溶液，室温下放置10~15min，接着进行后清洗； （5）将清洗过的Si片放入无水乙醇中保存。

       9.根据权利要求7所述的异质外延生长大尺寸单晶金刚石的衬底的制备方法，其特征在于所述步骤三的具体步骤如下：以Si片作为外延衬底，以高纯Ti靶和高纯氮气为原料，反应生长TiN籽晶层。

       10.根据权利要求7所述的异质外延生长大尺寸单晶金刚石的衬底的制备方法，其特征在于所述步骤三的具体步骤如下：以Si片作为外延衬底，以高纯TiN靶为原料，沉积TiN单晶籽晶层。