[发明专利]一种利用二维晶体过渡层制备半导体单晶衬底的方法

权利要求书

1.一种利用二维晶体过渡层制备半导体单晶衬底的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)根据半导体单晶厚膜结构的对称性选择二维晶体，二维晶体与半导体单晶厚膜结构具有相同的对称性；

2)在异质衬底上采用薄膜沉积法或者转移法沉积二维晶体，根据剥离方法确定二维晶体的沉积厚度，在异质衬底上形成二维晶体过渡层，构成二维晶体过渡层复合衬底；

3)对二维晶体过渡层复合衬底进行化学清洗预处理，使二维晶体过渡层的表面洁净；

4)在二维晶体过渡层复合衬底的上表面采用薄膜沉积法制备半导体单晶薄膜层，半导体单晶薄膜层具有与二维晶体相同的对称性；

5)利用厚膜沉积法在半导体单晶薄膜层上制备半导体单晶厚膜层，通过应力控制方法控制半导体单晶厚膜层的厚度，从而在二维晶体过渡层复合衬底上形成半导体单晶厚膜结构，半导体单晶厚膜结构具有与二维晶体相同的对称性；

6)根据步骤2)中二维晶体过渡层的厚度，采用相应的自剥离或机械剥离的剥离方法，将半导体单晶厚膜结构与异质衬底分离；

7)化学清洗处理后获得自支撑半导体单晶衬底。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1)中，二维晶体采用具有三方或六方晶格对称性的材料。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤1)中，二维晶体采用六方氮化硼、石墨烯和过渡金属硫化物中的一种。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2)中，二维晶体过渡层的厚度为1～100nm；根据步骤6)中采用的剥离方法确定，如果采用自剥离，则厚度小于3nm；如果采用机械剥离，则厚度为3～100nm。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2)中，薄膜沉积法采用分子束外延法MBE、化学气相沉积法CVD、磁控溅射、脉冲激光沉积PLD和金属有机物化学气相沉积MOCVD中的一种；转移法是指将制备的二维晶体过渡层从其他衬底转移到异质衬底上。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2)中，异质衬底采用蓝宝石、硅和金属中的一种。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤5)中，厚膜沉积法采用氢化物气相外延HVPE、物理气相输运PVT和化学气相输运CVT中的一种。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤5)中，厚膜沉积法在半导体单晶薄膜层上制备的半导体单晶厚膜层的厚度为异质衬底的0.2～1.5倍。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤6)中，剥离方法采用自剥离或机械剥离；当二维晶体过渡层的厚度小于3nm时，采用基于二维晶体过渡层的自剥离：在气相外延法降温过程中利用局域热应力自发破坏二维晶体过渡层，实现异质衬底与半导体单晶厚膜结构的分离；当二维晶体过渡层的厚度在3～100nm之间时，采用基于二维晶体过渡层的机械剥离：将半导体单晶厚膜结构的上表面与异质衬底的下表面通过粘结剂固定在固体硬物上，然后施加方向相反的水平作用力，通过破坏二维晶体过渡层的方式实现异质衬底与半导体单晶厚膜结构的分离。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤7)中，化学清洗处理包括有机清洗和超声，除去残留在半导体单晶厚膜结构表面的二维晶体过渡层，或者除去残留在半导体单晶厚膜结构表面的二维晶体过渡层和粘结剂。