本發(fā)明涉及金剛石，特別是涉及自支撐的金剛石膜的制備方法。

背景技術：

1、目前，通常采用異質(zhì)外延法生長金剛石膜，然后用濃硝酸與氫氟酸的混合液將單晶硅襯底等異質(zhì)襯底完全刻蝕，獲得自支撐的金剛石膜。但是，由于異質(zhì)襯底與金剛石的熱膨脹系數(shù)相差較大，在異質(zhì)襯底存在時，金剛石膜與異質(zhì)襯底之間有很大的熱應力，當異質(zhì)襯底被刻蝕掉后，應力釋放，容易使金剛石膜碎裂。另外，濃硝酸與氫氟酸溶液具有很強的腐蝕性，在生產(chǎn)操作中非常危險，且后期難以無害化處理，會對環(huán)境造成危害。

技術實現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對上述問題，提供一種自支撐的金剛石膜的制備方法，所述制備方法可以生長得到高質(zhì)量的金剛石膜，且在降溫過程中逐漸釋放應力以及自動剝離au襯底，獲得幾乎不存在應力的自支撐的金剛石膜。

2、一種自支撐的金剛石膜的制備方法，包括以下步驟：

3、在au襯底的（111）晶面上制備磷烯層；

4、然后在所述磷烯層上制備金剛石膜，冷卻后取出產(chǎn)物，使所述產(chǎn)物中的磷烯層發(fā)生降解，并剝離掉所述au襯底，得到自支撐的金剛石膜。

5、在其中一個實施例中，在所述磷烯層上制備金剛石膜的步驟結束后，以1k/min-5k/min的速度進行冷卻。

6、在其中一個實施例中，在au襯底的（111）晶面上制備磷烯層之前，先對所述au襯底的（111）晶面進行氬離子刻蝕，氬氣氣壓為0.001pa-0.003pa，能量為1kev-3kev，刻蝕時間為10min-15min。

7、在其中一個實施例中，采用分子束外延法在所述au襯底的（111）晶面上制備磷原子層，然后在真空條件下經(jīng)過退火處理得到磷烯層。

8、在其中一個實施例中，所述磷原子層的厚度為0.3mm-1mm。

9、在其中一個實施例中，采用分子束外延法在所述au襯底的（111）晶面上制備磷原子層的步驟中，將磷源用束源爐加熱至200℃-300℃，所述au襯底的（111）晶面的溫度為330k-400k，沉積時間為5min-10min；

10、及/或，所述退火處理的步驟中，先將溫度升高至450k-500k并保溫10min-20min，然后以5k/min-15k/min的速度降至室溫。

11、在其中一個實施例中，所述磷源選自紅磷。

12、在其中一個實施例中，采用微波cvd法在所述磷烯層上制備金剛石膜。

13、在其中一個實施例中，采用微波cvd法在所述磷烯層上制備金剛石膜的步驟中，先在第一條件下沉積，然后在第二條件下沉積，所述第一條件下，碳源比例為8%-10%，沉積壓力為0.5kpa-1kpa，微波功率為2700w-2900w，所述第二條件下，碳源比例為4%-7%，沉積壓力為1.5kpa-3kpa，微波功率為3400w-5000w。

14、在其中一個實施例中，所述碳源選自甲烷、乙炔中的至少一種；

15、及/或，所述第一條件下的沉積時間為20min-40min；

16、及/或，所述第二條件下的沉積時間為12h以上；

17、及/或，所述金剛石膜的厚度大于或等于100μm。

18、本發(fā)明的制備方法中，由于au具有優(yōu)異的延展性，而金剛石很堅硬，所以在降溫的過程中，au襯底能夠利用自身的延展性緩慢釋放對金剛石膜的收縮應力，可以確保金剛石膜不會碎裂，而且得到的金剛石膜幾乎不存在應力，無需進行去應力步驟，能夠簡化后續(xù)步驟；同時，由于au質(zhì)地軟，所以au襯底在降溫的過程中會發(fā)生破裂，漏出磷烯層，而磷烯在大氣環(huán)境中能夠自然降解，進而，將產(chǎn)物取出后，磷烯層會與大氣環(huán)境中的水、氧氣等反應，發(fā)生降解，最終使au襯底自動剝離，得到自支撐的金剛石膜，不需要使用濃硝酸與氫氟酸，不僅安全、環(huán)保，而且快捷方便。

技術特征：

1.一種自支撐的金剛石膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的自支撐的金剛石膜的制備方法，其特征在于，在所述磷烯層上制備金剛石膜的步驟結束后，以1k/min-5k/min的速度進行冷卻。

3.根據(jù)權利要求1所述的自支撐的金剛石膜的制備方法，其特征在于，在au襯底的（111）晶面上制備磷烯層之前，先對所述au襯底的（111）晶面進行氬離子刻蝕，氬氣氣壓為0.001pa-0.003pa，能量為1kev-3kev，刻蝕時間為10min-15min。

4.根據(jù)權利要求1所述的自支撐的金剛石膜的制備方法，其特征在于，采用分子束外延法在所述au襯底的（111）晶面上制備磷原子層，然后在真空條件下經(jīng)過退火處理得到磷烯層。

5.根據(jù)權利要求4所述的自支撐的金剛石膜的制備方法，其特征在于，所述磷原子層的厚度為0.3mm-1mm。

6.根據(jù)權利要求4所述的自支撐的金剛石膜的制備方法，其特征在于，采用分子束外延法在所述au襯底的（111）晶面上制備磷原子層的步驟中，將磷源用束源爐加熱至200℃-300℃，所述au襯底的（111）晶面的溫度為330k-400k；

7.根據(jù)權利要求6所述的自支撐的金剛石膜的制備方法，其特征在于，所述磷源選自紅磷。

8.根據(jù)權利要求1所述的自支撐的金剛石膜的制備方法，其特征在于，采用微波cvd法在所述磷烯層上制備金剛石膜。

9.根據(jù)權利要求8所述的自支撐的金剛石膜的制備方法，其特征在于，采用微波cvd法在所述磷烯層上制備金剛石膜的步驟中，先在第一條件下沉積，然后在第二條件下沉積，所述第一條件下，碳源比例為8%-10%，沉積壓力為0.5kpa-1kpa，微波功率為2700w-2900w，所述第二條件下，碳源比例為4%-7%，沉積壓力為1.5kpa-3kpa，微波功率為3400w-5000w。

10.根據(jù)權利要求9所述的自支撐的金剛石膜的制備方法，其特征在于，所述碳源選自甲烷、乙炔中的至少一種；

技術總結
本發(fā)明涉及一種自支撐的金剛石膜的制備方法，包括：在Au襯底的（111）晶面上制備磷烯層，然后在磷烯層上制備金剛石膜，冷卻后取出，使磷烯層發(fā)生降解，剝離掉Au襯底，得到自支撐的金剛石膜。本發(fā)明的制備方法中，由于Au具有優(yōu)異的延展性，而金剛石很堅硬，所以在降溫過程中可以逐漸釋放應力，確保金剛石膜不會碎裂，且得到的金剛石膜幾乎不存在應力；另外，由于Au質(zhì)地軟，在降溫的過程中Au襯底會發(fā)生破裂，漏出磷烯層，所以產(chǎn)物取出后，磷烯層會與水、氧氣等反應，發(fā)生降解，最終使Au襯底自動剝離，不需要使用濃硝酸與氫氟酸，不僅安全、環(huán)保，而且快捷方便。

技術研發(fā)人員：孔祥鵬,鄔蘇東,云騰,夏岳
受保護的技術使用者：甬江實驗室
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/28