六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種藍(lán)寶石的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]藍(lán)寶石單晶擁有許多獨(dú)特的物理化學(xué)性能，是重要的電子、陶瓷、催化用氧化物材料，在這些應(yīng)用中，藍(lán)寶石作為制備GaN基薄膜外延生長所需的襯底材料，生長在普通藍(lán)寶石襯底上的GaN，大量位錯(cuò)缺陷從底部向上傳播。生長在溝槽型藍(lán)寶石襯底(深度I μπι)上的GaN，GaN層在藍(lán)寶石襯底頂部進(jìn)行側(cè)向生長，在圖形側(cè)壁上兩個(gè)生長前沿邊界合并時(shí)形成了一些空洞。GaN在PSS上的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的側(cè)向生長區(qū)域位錯(cuò)彎曲了 90°，位錯(cuò)沒有傳播到GaN層的表面，從而增強(qiáng)GaN基發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光性能。
[0003]藍(lán)寶石單晶的圖形化襯底制作方法主要分為干法刻蝕和濕法刻蝕，目前濕法刻蝕成本較低，且容易在藍(lán)寶石表面制得具有傾斜面的圖形，干法刻蝕容易對藍(lán)寶石襯底表面，特別是臺面邊緣部位，造成一定的污染和損傷，其中部分位錯(cuò)將延伸到上層側(cè)向外延層中，不利于外延層薄膜質(zhì)量的進(jìn)一步提高，也不會(huì)在藍(lán)寶石表面制備出六邊角錐體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決干法刻蝕在藍(lán)寶石表面難以制作六邊角錐體的問題，提供了一種六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石的制備方法
[0005]六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石的制備方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一、預(yù)處理:在室溫下，將圓錐形圖形化藍(lán)寶石片置于乙醇中浸泡10?15h，然后用去離子水沖洗圓錐形圖形化藍(lán)寶石片，再氮?dú)獯蹈桑?br>[0007]二、將經(jīng)步驟一處理后的圓錐形圖形化藍(lán)寶石片置于石英花籃中，將石英燒杯中混合溶液A升溫至235?275°C，其中混合溶液A為過氧化氫、磷酸和硫酸的混合液，其中磷酸與硫酸的體積比為1: (0.8?3.2)，將載有圓錐形圖形化藍(lán)寶石片的石英花籃放入石英燒杯中，刻蝕8?25min ；
[0008]三、將經(jīng)步驟二處理后的圖形化藍(lán)寶石片從石英燒杯中取出，然后用去離子水沖洗圓錐形圖形化藍(lán)寶石片，再氮?dú)獯蹈桑吹昧吔清F體圖形化藍(lán)寶石。
[0009]步驟二中過氧化氫與硫酸的體積比為O?1: 100。
[0010]本發(fā)明的六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石的制備方法的每個(gè)步驟中采用的容器不能與使用的溶液發(fā)生反應(yīng)。例如采用高純石英容器。
[0011]本發(fā)明的步驟二中使用的硫酸、過氧化氫、磷酸均為市售產(chǎn)品。
[0012]本發(fā)明的步驟一至步驟三中使用的石英產(chǎn)品，均為美國GE石英材料制成。
[0013]本發(fā)明的六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石的制備方法能有效地將圓錐形圖形化藍(lán)寶石轉(zhuǎn)化為六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石，且生成的六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石規(guī)則有序，重復(fù)性好。濕采用的設(shè)備簡單，操作方便，易于掌握，過程安全、無污染。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
[0015](I)針對藍(lán)寶石單晶的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，難以刻蝕和破壞共價(jià)鍵等特點(diǎn)，本發(fā)明確定了濕法刻蝕所用溶劑的順序及物質(zhì)配比，采用本發(fā)明的刻蝕方法能夠得到表面有序的六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石。
[0016](2)對圓錐形圖形化藍(lán)寶石進(jìn)行預(yù)處理(步驟一)，利用藍(lán)寶石單晶在無水乙醇中浸泡處理，此步去除的主要為與表面結(jié)合較弱的污染物。去離子水沖洗，氮?dú)獯蹈?，防止藍(lán)寶石片上留下水漬。
[0017](3)步驟二和步驟三中使用的石英容器，是具有特定功能結(jié)構(gòu)。
[0018](4)步驟二中利用硫酸和磷酸的強(qiáng)腐蝕性，去破壞藍(lán)寶石的共價(jià)鍵，對不同晶面進(jìn)行不同速率的刻蝕，從而在藍(lán)寶石表面刻蝕出六邊角錐體圖形。
[0019](5)步驟三中采用過氧化氫、硫酸和磷酸的混合溶液加熱處理，可以有效的增加藍(lán)寶石表面的刻蝕速率。
【附圖說明】
[0020]圖1是對未經(jīng)實(shí)驗(yàn)一處理的圓錐形圖形化藍(lán)寶石的掃描電子顯微鏡圖；
[0021]圖2是對未經(jīng)實(shí)驗(yàn)一處理的圓錐形圖形化藍(lán)寶石的掃描電子顯微鏡圖；
[0022]圖3、是實(shí)驗(yàn)一所得的六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石的掃描電子顯微鏡圖；
[0023]圖4是實(shí)驗(yàn)一所得的六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石的掃描電子顯微鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的任意組合。
[0025]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石的制備方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的:
[0026]一、預(yù)處理:在室溫下，將圓錐形圖形化藍(lán)寶石片置于乙醇中浸泡10?15h，然后用去離子水沖洗圓錐形圖形化藍(lán)寶石片，再氮?dú)獯蹈桑?br>[0027]二、將經(jīng)步驟一處理后的圓錐形圖形化藍(lán)寶石片置于石英花籃中，將石英燒杯中混合溶液A升溫至235?275°C，其中混合溶液A為過氧化氫、磷酸和硫酸的混合液，其中磷酸與硫酸的體積比為1: (0.8?3.2)，將載有圓錐形圖形化藍(lán)寶石片的石英花籃放入石英燒杯中，刻蝕8?25min ；
[0028]三、將經(jīng)步驟二處理后的圖形化藍(lán)寶石片從石英燒杯中取出，然后用去離子水沖洗圓錐形圖形化藍(lán)寶石片，再氮?dú)獯蹈?，即得六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石。
[0029]本實(shí)施方式步驟二中的濃硫酸和過氧化氫為市售產(chǎn)品，濃硫酸的質(zhì)量百分濃度為98%,雙氧水為質(zhì)量百分濃度為30%的市售雙氧水，磷酸為質(zhì)量百分濃度為85%的市售雙氧水。
[0030]本實(shí)施方式邊角錐體圖形化藍(lán)寶石的制備方法是濕法刻蝕方法，能有效地將圓錐形圖形化藍(lán)寶石轉(zhuǎn)化為六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石，且生成的六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石規(guī)則有序，重復(fù)性好。濕法刻蝕采用的設(shè)備簡單，操作方便，易于掌握，過程安全、無污染。
[0031]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是步驟二中過氧化氫與硫酸的體積比為O?1: 100。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0032]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是步驟二中將石英燒杯中混合溶液A升溫至240?270°C。其它與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0033]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是步驟二中將石英燒杯中混合溶液A升溫至245?265°C。其它與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0034]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是步驟二中將石英燒杯中混合溶液A升溫至250?260°C。其它與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0035]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是步驟二中將石英燒杯中混合溶液A升溫至235°C。其它與【具體實(shí)施方式】一至五之一相同。
[0036]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至六之一不同的是步驟二中混合溶液A中磷酸與硫酸的體積比為1:1。其它與【具體實(shí)施方式】一至六之一相同。
[0037]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至六之一不同的是步驟二中圓錐形圖形化藍(lán)寶石片的石英花籃放入石英燒杯中，刻蝕23min。其它與【具體實(shí)施方式】一至六之一相同。
[0038]進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果:
[0039]實(shí)驗(yàn)一:六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石的制備方法，其是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的:
[0040]一、預(yù)處理:在室溫下，將圓錐形圖形化藍(lán)寶石片置于乙醇中浸泡12h，然后用去離子水沖洗圓錐形圖形化藍(lán)寶石片，再氮?dú)獯蹈桑?br>[0041]二、將經(jīng)步驟一處理后的圓錐形圖形化藍(lán)寶石片置于石英花籃中，將石英燒杯中混合溶液A升溫至240°C，其中混合溶液A為微量過氧化氫、磷酸和硫酸混合液，磷酸與硫酸的體積比為1: 1，步驟二中過氧化氫與硫酸的體積比為1: 100，將載有圓錐形圖形化藍(lán)寶石片的石英花籃放入石英燒杯中，高溫濕法刻蝕23min ;
[0042]三、將經(jīng)步驟二處理后的圖形化藍(lán)寶石片溫度從石英燒杯中取出，然后用去離子水沖洗圓錐形圖形化藍(lán)寶石片，再氮?dú)獯蹈桑?br>[0043]實(shí)驗(yàn)一步驟二中的濃硫酸和過氧化氫為市售產(chǎn)品，濃硫酸的質(zhì)量百分濃度為98%,雙氧水為質(zhì)量百分濃度為30%的市售雙氧水，磷酸為質(zhì)量百分濃度為85%的市售雙氧水。
[0044]實(shí)驗(yàn)一的步驟一至步驟三中均采用美國GE石英材料儀器。
[0045]對未經(jīng)實(shí)驗(yàn)一處理的圓錐形圖形化藍(lán)寶石(圖1、圖2)和經(jīng)實(shí)驗(yàn)一處理后得到的六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石(圖3、圖4)進(jìn)行掃描電子顯微鏡(SEM)測試，測試得到的SEM譜圖分別如圖1、圖2和圖3、圖4所示。從圖3、圖4可見，生成的六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石規(guī)則有序，重復(fù)性好。
[0046]可見，經(jīng)實(shí)驗(yàn)一生成的六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石規(guī)則有序，重復(fù)性好，且采用的設(shè)備簡單，操作方便，易于掌握，過程安全、無污染。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石的制備方法，其特征在于六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石的制備方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的: 一、預(yù)處理:在室溫下，將圓錐形圖形化藍(lán)寶石片置于乙醇中浸泡10?15h，然后用去離子水沖洗圓錐形圖形化藍(lán)寶石片，再氮?dú)獯蹈桑? 二、將經(jīng)步驟一處理后的圓錐形圖形化藍(lán)寶石片置于石英花籃中，將石英燒杯中混合溶液A升溫至235?275°C，其中混合溶液A為過氧化氫、磷酸和硫酸的混合液，其中磷酸與硫酸的體積比為1: (0.8?3.2)，將載有圓錐形圖形化藍(lán)寶石片的石英花籃放入石英燒杯中，刻蝕8?25min ； 三、將經(jīng)步驟二處理后的圖形化藍(lán)寶石片從石英燒杯中取出，然后用去離子水沖洗圓錐形圖形化藍(lán)寶石片，再氮?dú)獯蹈桑吹昧吔清F體圖形化藍(lán)寶石。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石的制備方法，其特征在于步驟二中過氧化氫與硫酸的體積比為O?1: 100。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石的制備方法，其特征在于步驟二中將石英燒杯中混合溶液A升溫至240?270 °C。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石的制備方法，其特征在于步驟二中將石英燒杯中混合溶液A升溫至245?265 °C。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石的制備方法，其特征在于步驟二中將石英燒杯中混合溶液A升溫至250?260 °C。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石的制備方法，其特征在于步驟二中將石英燒杯中混合溶液A升溫至235 °C。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石的制備方法，其特征在于步驟二中混合溶液A中磷酸與硫酸的體積比為1:1。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石的制備方法，其特征在于步驟二中圓錐形圖形化藍(lán)寶石片的石英花籃放入石英燒杯中，刻蝕23min。
【專利摘要】六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石的制備方法，它涉及一種藍(lán)寶石的制備方法。本發(fā)明是為了解決干法刻蝕在藍(lán)寶石表面難以制作六邊角錐體的問題。本方法如下：將預(yù)處理后的圓錐形圖形化藍(lán)寶石片置于石英花籃中，將石英燒杯中混合溶液A高溫濕法刻蝕，然后用去離子水沖洗圓錐形圖形化藍(lán)寶石片，再氮?dú)獯蹈桑吹昧吔清F體圖形化藍(lán)寶石。本發(fā)明的六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石的制備方法能有效地將圓錐形圖形化藍(lán)寶石轉(zhuǎn)化為六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石，且生成的六邊角錐體圖形化藍(lán)寶石規(guī)則有序，重復(fù)性好。且采用的設(shè)備簡單，操作方便，易于掌握，過程安全、無污染。本發(fā)明屬于藍(lán)寶石的制備領(lǐng)域。
【IPC分類】H01L33/22, C30B29/20, C30B33/10
【公開號】CN105177718
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】申健, 張丹, 龐春玲, 張飛虎, 甘陽
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年6月24日