[发明专利]嵌入多晶金刚石结构中的一个或多个单晶金刚石及其生长方法

说明书

生长嵌入式单晶金刚石结构的方法，其包括：将单晶金刚石置于非金刚石基底上，其中所述非金刚石基底大于单晶金刚石；使用遮蔽材料遮蔽单晶金刚石的顶部；并且使用化学气相沉积（CVD）生长室，围绕所述单晶金刚石生长多晶金刚石材料，从而使单晶金刚石与多晶金刚石材料接合。

技术领域

本发明涉及嵌入多晶金刚石中的单晶金刚石及其生长方法。

背景技术

金刚石因其极其优异的物理、光学和电学性质而为人所公知。金刚石生长技术的进展状况，例如化学气相沉积(CVD)和高压高温(HPHT)，已经能够获得具有所需的、可控的和可复制的性质的金刚石。

通常，使用上述生长技术生长的金刚石可以是单晶的金刚石（monocrystalline）(即单晶金刚石)或多晶金刚石(即多晶的金刚石(multi-grain diamond))。在大多数情况下，单晶金刚石比多晶金刚石具有显著地更好性质。然而，在所有的可了解应用中完全采用单晶金刚石主要由于两个问题，即工业可扩展性和操作可行性而受局限。因此，在这种情况下，多晶金刚石和/或其它替代材料似乎占主导地位并且为持续受欢迎的。

例如，针对裸晶圆/未处理晶圆的材料选择。单晶金刚石的优良品质总是使其成为可形成电路的晶圆的优先选择材料。然而，迄今为止，金刚石生长工业不能形成足够大的单晶金刚石以进行可行的工业选择来代替其它常规使用的材料(例如硅)。

另一个实例是薄膜单晶金刚石的处理可行性。在开发用以对抗疾病如癌症的放射治疗处理专用的辐射检测器中，薄膜单晶金刚石的优良性质受到高度青睐。辐射检测器用于将质子传输到选定区域(例如，身体上的目标细胞等)。由于单晶金刚石作为质子传输通道而不抑阻或影响质子轨迹的优越性质，才能够实现这种精度。然而，薄膜单晶金刚石通常是易碎的，并且无论何时处理时都可能容易开裂。

因此，本发明的目的是解决单晶金刚石所面临的上述挑战。

发明内容

下文阐述了本文公开的某些实施方案的概述。应当理解，提出这些方面仅仅是为了向读者提供这些特定实施方案的简要概述，并且这些方面不旨在限制本公开的范围。实际上，本公开可涵盖可能未在下文阐述的各个方面。

在一个实施方案中，提供了生长嵌入式单晶金刚石结构的方法。该方法包括将单晶金刚石置于非金刚石基底上的步骤，其中非金刚石基底大于单晶金刚石。该方法还包括使用遮蔽材料遮蔽单晶金刚石顶部的步骤。最后，该方法包括使用化学气相沉积(CVD)生长方法围绕所述单晶金刚石生长多晶金刚石材料的步骤，从而将单晶金刚石与多晶金刚石接合。

在另一实施方案中，上述实施方案中所述的方法可生长嵌入式单晶金刚石结构。嵌入式单晶金刚石结构包括单晶金刚石和多晶金刚石。多晶金刚石围绕单晶金刚石，其中单晶金刚石以悬浮在多晶金刚石之间的方式沉积。

关于本公开的各个方面，可以存在具有上述特征的各种改进。其它特征也可并入这些各个方面中。这些改进和附加特征可以单独地或以任何组合存在。例如，下文所讨论的关于一个或多个举例说明的实施方案的各种特征可以单独地或以任何组合并入本发明以上描述的任何方面中。再次，以上呈现的简要概述仅旨在使读者熟悉本公开的实施方案的某些方面和背景，而不是限制所要求保护的主题。

附图说明

在阅读以下详细描述并参考附图之后，可以更好地理解本公开的各个方面，在附图中：

图1A和1B显示了根据本发明一个实施方案的示例性的嵌入式单晶金刚石结构。

图2A、2B和2C显示了根据本发明的一个实施方案的图1A和1B的嵌入式单晶金刚石结构的示例性的不同形成阶段。

图3显示了根据本发明的一个实施方案的在多晶框架中的示例性单晶金刚石阵列。

图4显示了根据本发明的一个实施方案的生长嵌入式单晶金刚石结构的示例性方法。