如何利用金刚石沉积设备获得大尺寸单晶金刚石

   大尺寸金刚石的制备一直都是困扰国内外厂家的难题，金刚石材料作为半导体和高频功率器件中的材料应用基础，这一技术难题的突破与大尺寸单晶金刚石的产业化对于中国智能制造及产业升级等具有重大意义。与多晶金刚石相比，单晶金刚石没有晶界制约，因此，单晶金刚石在光学、电学领域具有更好的优势，而所有优势的前提是制备出大尺寸高质量的单晶金刚石。

   目前制备大尺寸金刚石及晶圆的技术主要有马赛克拼接、同质外延生长、异质外延生长、三维生长等技术。

   作为合成大尺寸单晶金刚石可行性较高的一种方法，马赛克拼接法的相关研究可以追溯至1995年。该方法使用金刚石单晶片进行紧密拼接成为大尺寸衬底在金刚石沉积设备中进行沉积，通过各片之间的侧向外延进行接缝处的连接完成大尺寸MPCVD同质外延金刚石单晶的制备，马赛克拼接法主要集中在单晶衬底质量与晶向的控制以及侧向外延技术上。但马赛克拼接法对衬底均一性要求高，会导致拼接处存在应力、缺陷等问题。另外成本高，需要注入剥离技术，成品率很低。

   同质外延是制备金刚石电子器件的重要技术之一，其具有缺陷密度低的特点，尺寸可以达0.5英寸。然而，在同质外延制备单晶金刚石的过程中，如何将单晶金刚石从衬底上剥离，是一个非常难的操作。这是由于衬底同样是坚硬的单晶金刚石，而不能用普通的切割方法进行切割。

   异质外延也是生长大面积单晶金刚石的一种有效方法。该路线通过使用高质量英寸级尺寸的硅晶片等作为衬底，使用金刚石沉积设备进行高质量金刚石膜的沉积，通过控制生长工艺，使沉积的晶粒间逐渐相互融合，完成多晶向单晶的转化。理论上该方法可以生长面积足够大的单晶金刚石，以满足其在电子器件领域产业化需求，其主要不足是缺陷密度高。