在Ir复合衬底上结合偏压增强成核技能的异质外延方法是目前制备大尺寸单晶金刚石研究最广泛的方法。然而，在实际中实现大尺寸异质外延金刚石仍旧具有寻衅性。首先，异质外延体系中的晶格失落配会在体系中引入较高的位错密度，对付几百微米厚度的金刚石，常日在107-109 cm-2的范围内。此外，金刚石-铱复合股料体系内的晶格失落配以及由于热膨胀系数差异导致的热失落配会在金刚石薄膜中产生高达几GPa的应力，导致金刚石外延层开裂。
中国科学院半导体研究所金鹏团队在国际上首次采取激光切割图案化工艺缓解金刚石层异质外延成长过程中的巨大应力，实现了2英寸异质外延自支撑金刚石单晶的制备，位错密度为2.2×107 cm-2，达到国际前辈水平。结果表明激光图案化方法可以在大尺寸金刚石成长过程中有效开释应力，为传统光刻图案化方案供应了一种更大略、更经济的替代方案。
图1. 制备流程。
图2. (a) Ir/YSZ/Si (001) 上异质外延金刚石的 θ-2θ 扫描 X 射线衍射图；(b) 金刚石(111)和Ir(111)在极角χ=54.74°下的面内φ扫描；(c) 金刚石{111}衍射峰的X射线极图；(d) 金刚石 (200)、(e) (311)和(f) (220)的摇摆曲线。
图3. (a) 2 英寸自支撑金刚石单晶照片；(b) 等离子蚀刻后金刚石表面的刻蚀坑显微图像。
该成果以“Growth of two-inch free-standing heteroepitaxial diamond on Ir/YSZ/Si (001) substrates via laser-patterned templates”为题目，在Journal of Semiconductors上以短通讯形式揭橥。团队长期得到王占国院士的大力支持和悉心辅导。该事情得到北京市科技操持等的支持。
第一作者
屈鹏霏，中国科学院半导体研究所博士后。
2024年博士毕业于中国科学院大学，材料与化工专业。毕业后在中国科学院半导体研究所担当博士后，连续从事大尺寸单晶金刚石异质外延成长研究。
通讯作者
金鹏，中国科学院半导体研究所研究员，中国科学院大学岗位教授，博士生导师。
1996年在南开大学得到学士学位，2001年在南开大学得到理学博士学位。2001年在中国科学院半导体研究所从事博士后研究，互助导师王占国院士。2003年加入中国科学院半导体研究所事情至今。目前紧张从事半导体金刚石材料与器件、低维半导体材料与器件、科学仪器等研究。先后承担973、国家重大科研装备研制、科技部重点研发操持、国家自然科学基金、北京市科技操持等项目（课题）多项。揭橥学术论文近百篇，获国家发明专利授权10余项。
文章链接：J. Semicond., 2024, 45(9), 090501, doi: 10.1088/1674-4926/24060003
来源：半导体学报
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