自支撑的金刚石膜的制备方法与流程

本发明涉及金刚石，特别是涉及自支撑的金刚石膜的制备方法。

背景技术：

1、目前，通常采用异质外延法生长金刚石膜，然后用浓硝酸与氢氟酸的混合液将单晶硅衬底等异质衬底完全刻蚀，获得自支撑的金刚石膜。但是，由于异质衬底与金刚石的热膨胀系数相差较大，在异质衬底存在时，金刚石膜与异质衬底之间有很大的热应力，当异质衬底被刻蚀掉后，应力释放，容易使金刚石膜碎裂。另外，浓硝酸与氢氟酸溶液具有很强的腐蚀性，在生产操作中非常危险，且后期难以无害化处理，会对环境造成危害。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述问题，提供一种自支撑的金刚石膜的制备方法，所述制备方法可以生长得到高质量的金刚石膜，且在降温过程中逐渐释放应力以及自动剥离au衬底，获得几乎不存在应力的自支撑的金刚石膜。

2、一种自支撑的金刚石膜的制备方法，包括以下步骤：

3、在au衬底的（111）晶面上制备磷烯层；

4、然后在所述磷烯层上制备金刚石膜，冷却后取出产物，使所述产物中的磷烯层发生降解，并剥离掉所述au衬底，得到自支撑的金刚石膜。

5、在其中一个实施例中，在所述磷烯层上制备金刚石膜的步骤结束后，以1k/min-5k/min的速度进行冷却。

6、在其中一个实施例中，在au衬底的（111）晶面上制备磷烯层之前，先对所述au衬底的（111）晶面进行氩离子刻蚀，氩气气压为0.001pa-0.003pa，能量为1kev-3kev，刻蚀时间为10min-15min。

7、在其中一个实施例中，采用分子束外延法在所述au衬底的（111）晶面上制备磷原子层，然后在真空条件下经过退火处理得到磷烯层。

8、在其中一个实施例中，所述磷原子层的厚度为0.3mm-1mm。

9、在其中一个实施例中，采用分子束外延法在所述au衬底的（111）晶面上制备磷原子层的步骤中，将磷源用束源炉加热至200℃-300℃，所述au衬底的（111）晶面的温度为330k-400k，沉积时间为5min-10min；

10、及/或，所述退火处理的步骤中，先将温度升高至450k-500k并保温10min-20min，然后以5k/min-15k/min的速度降至室温。

11、在其中一个实施例中，所述磷源选自红磷。

12、在其中一个实施例中，采用微波cvd法在所述磷烯层上制备金刚石膜。

13、在其中一个实施例中，采用微波cvd法在所述磷烯层上制备金刚石膜的步骤中，先在第一条件下沉积，然后在第二条件下沉积，所述第一条件下，碳源比例为8%-10%，沉积压力为0.5kpa-1kpa，微波功率为2700w-2900w，所述第二条件下，碳源比例为4%-7%，沉积压力为1.5kpa-3kpa，微波功率为3400w-5000w。

14、在其中一个实施例中，所述碳源选自甲烷、乙炔中的至少一种；

15、及/或，所述第一条件下的沉积时间为20min-40min；

16、及/或，所述第二条件下的沉积时间为12h以上；

17、及/或，所述金刚石膜的厚度大于或等于100μm。

18、本发明的制备方法中，由于au具有优异的延展性，而金刚石很坚硬，所以在降温的过程中，au衬底能够利用自身的延展性缓慢释放对金刚石膜的收缩应力，可以确保金刚石膜不会碎裂，而且得到的金刚石膜几乎不存在应力，无需进行去应力步骤，能够简化后续步骤；同时，由于au质地软，所以au衬底在降温的过程中会发生破裂，漏出磷烯层，而磷烯在大气环境中能够自然降解，进而，将产物取出后，磷烯层会与大气环境中的水、氧气等反应，发生降解，最终使au衬底自动剥离，得到自支撑的金刚石膜，不需要使用浓硝酸与氢氟酸，不仅安全、环保，而且快捷方便。

技术特征：

1.一种自支撑的金刚石膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的自支撑的金刚石膜的制备方法，其特征在于，在所述磷烯层上制备金刚石膜的步骤结束后，以1k/min-5k/min的速度进行冷却。

3.根据权利要求1所述的自支撑的金刚石膜的制备方法，其特征在于，在au衬底的（111）晶面上制备磷烯层之前，先对所述au衬底的（111）晶面进行氩离子刻蚀，氩气气压为0.001pa-0.003pa，能量为1kev-3kev，刻蚀时间为10min-15min。

4.根据权利要求1所述的自支撑的金刚石膜的制备方法，其特征在于，采用分子束外延法在所述au衬底的（111）晶面上制备磷原子层，然后在真空条件下经过退火处理得到磷烯层。

5.根据权利要求4所述的自支撑的金刚石膜的制备方法，其特征在于，所述磷原子层的厚度为0.3mm-1mm。

6.根据权利要求4所述的自支撑的金刚石膜的制备方法，其特征在于，采用分子束外延法在所述au衬底的（111）晶面上制备磷原子层的步骤中，将磷源用束源炉加热至200℃-300℃，所述au衬底的（111）晶面的温度为330k-400k；

7.根据权利要求6所述的自支撑的金刚石膜的制备方法，其特征在于，所述磷源选自红磷。

8.根据权利要求1所述的自支撑的金刚石膜的制备方法，其特征在于，采用微波cvd法在所述磷烯层上制备金刚石膜。

9.根据权利要求8所述的自支撑的金刚石膜的制备方法，其特征在于，采用微波cvd法在所述磷烯层上制备金刚石膜的步骤中，先在第一条件下沉积，然后在第二条件下沉积，所述第一条件下，碳源比例为8%-10%，沉积压力为0.5kpa-1kpa，微波功率为2700w-2900w，所述第二条件下，碳源比例为4%-7%，沉积压力为1.5kpa-3kpa，微波功率为3400w-5000w。

10.根据权利要求9所述的自支撑的金刚石膜的制备方法，其特征在于，所述碳源选自甲烷、乙炔中的至少一种；

技术总结
本发明涉及一种自支撑的金刚石膜的制备方法，包括：在Au衬底的（111）晶面上制备磷烯层，然后在磷烯层上制备金刚石膜，冷却后取出，使磷烯层发生降解，剥离掉Au衬底，得到自支撑的金刚石膜。本发明的制备方法中，由于Au具有优异的延展性，而金刚石很坚硬，所以在降温过程中可以逐渐释放应力，确保金刚石膜不会碎裂，且得到的金刚石膜几乎不存在应力；另外，由于Au质地软，在降温的过程中Au衬底会发生破裂，漏出磷烯层，所以产物取出后，磷烯层会与水、氧气等反应，发生降解，最终使Au衬底自动剥离，不需要使用浓硝酸与氢氟酸，不仅安全、环保，而且快捷方便。

技术研发人员：孔祥鹏,邬苏东,云腾,夏岳
受保护的技术使用者：甬江实验室
技术研发日：
技术公布日：2025/1/28