CN113774479B - 一种同质/异质混合外延生长大尺寸单晶金刚石的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同质/异质混合外延生长大尺寸单晶金刚石的制备方法，首先将小尺寸单晶金刚石晶种边缘研磨抛光成平直表面；根据单晶金刚石晶种尺寸对氧化钇稳定氧化锆（YSZ）单晶晶片表面刻蚀处理，形成具有凹槽和边框的YSZ单晶晶片衬底，将单晶金刚石晶种放入YSZ单晶晶片衬底槽内，在该衬底表面外延生长YSZ单晶薄膜缓冲层；将YSZ单晶薄膜减薄抛光至平整表面并显露出镶嵌单晶金刚石晶种和YSZ边框的复合衬底模板；在复合衬底表面外延生长一层铱单晶薄膜，并对铱薄膜处理以形成栅格化复合衬底；最后在栅格化复合衬底表面外延生长单晶金刚石。该方法对降低外延缺陷和界面失配，提高大尺寸单晶金刚石的外延生长质量具有显著意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种同质/异质混合外延生长大尺寸单晶金刚石的制备方法，属于半导体材料技术领域。
背景技术
单晶金刚石作为超宽禁带半导体，集电学、光学、力学、声学和热学等优异特性于一体，比传统半导体具有更快的速度、更低的功耗和更高的本征迁移率，在5G、6G、新一代深紫外光电器件、高压大功率电子器件等领域具有显著的优势和巨大的发展潜力，已成为国际竞争的热点。然而，金刚石成为半导体材料的主要问题是很难得到高质量英寸级大尺寸单晶。日本、美国和欧洲已纷纷投入巨资、并成立相关组织和产学研机构推进金刚石单晶及其电子器件的研发及应用。
国际上通常借助同质外延生长和异质外延生长两种途径来制备高质量大尺寸单晶金刚石。同质外延生长虽然可以复制衬底的晶体结构获得高质量的单晶外延层，但受到金刚石晶种尺寸的限制，难以满足半导体技术对金刚石尺寸的要求。即使基于马赛克拼接法克服了晶种尺寸的限制，但在拼接的小尺寸金刚石单晶体上也存在拼接缝隙、界面位错和缺陷等问题，影响外延单晶金刚石晶片质量。金属铱具有很高的形核密度和优异单晶特征，在其上异质外延生长的金刚石质量极高，被认为是最佳的金刚石异质外延生长衬底。德国研究者在金属铱衬底上生长的单晶金刚石晶圆直径达到92 mm（Scientific ReportsVol 7，2017, 44462（1-8）），但是合成装备研发技术门槛高，且花费了整整26年的时间，远不能满足半导体材料的生产和应用要求。目前，大部分外延生长金刚石的金属铱层均是沉积在氧化钇稳定氧化锆（YSZ）或氧化镁衬底上，然而，金属氧化物在硅上的外延质量尚不能达到要求，即使通过添加其它单晶籽晶层或多层图形化外延生长（中国专利201710633557.2和201410794743.0），外延层与衬底材料的晶格失配仍然容易造成金刚石层粘附问题，且外延的金属铱层和金刚石层并不能同时获得高质量单晶晶体取向，成为异质外延生长大尺寸单晶金刚石的关键技术难题。
发明内容
本发明旨在提供一种同质/异质混合外延生长大尺寸单晶金刚石的制备方法，通过直接引入YSZ单晶衬底，在其上设计可放置金刚石单晶晶种的凹槽和边框结构，提高后续YSZ单晶膜和金属铱单晶膜的生长质量，降低外延层与衬底之间的热膨胀系数差异和晶格失配，从而获得高质量大尺寸单晶金刚石材料。
本发明直接利用YSZ单晶晶片衬底，通过模板设计形成可同时用于同质外延生长和异质外延生长的凹槽和边框结构，避免了硅表面金属氧化物的外延生长，有利于后续外延层的高质量生长，从而实现大尺寸单晶金刚石材料的制备。本发明虽然也是外延生长单晶金刚石，但与其他方法有明显区别。一方面，利用YSZ单晶片衬底替代YSZ单晶膜缓冲层，并在其上设计可用于同质外延生长的凹槽结构和异质外延生长的边框结构，能够降低金刚石与衬底材料之间的物性差异，较好地实现金刚石单晶晶种和YSZ膜上后续金属铱膜和金刚石单晶膜的可控外延生长；另一方面，利用衬底图形化在YSZ衬底表面先后实现了金刚石和金属铱膜的相互外延生长，使金属铱膜在单晶金刚石晶种表面通过横向外延覆盖生长金刚石薄层，通过边框位置铱的掩埋界面来阻碍位错扩展，随着后续金刚石膜的快速生长，其结构、形貌和镶嵌度均会得到极大改善，逐渐消除界面缺陷和贯穿位错，有效地提高了单晶金刚石薄膜的生长质量，对于制备高质量大尺寸单晶金刚石半导体材料具有重要意义。
本发明提供了一种同质/异质混合外延生长大尺寸单晶金刚石的制备方法，将尺寸和厚度相同的小尺寸单晶金刚石晶种边缘研磨抛光成平直表面，并将YSZ单晶晶片刻蚀处理成具有凹槽和边框结构的表面；将单晶金刚石晶种放入YSZ晶片衬底的凹槽内紧贴边框，并外延生长纳米厚度的YSZ单晶薄膜缓冲层，填满槽内空隙并覆盖金刚石和YSZ晶片，对其进行真空退火处理；将YSZ单晶薄膜减薄抛光至平整表面并显露出镶嵌单晶金刚石晶种和YSZ边框的复合衬底模板；在该复合衬底模板表面外延生长一层铱单晶薄膜，并对金刚石晶种上方的铱薄膜图形化工艺处理，形成露有部分金刚石晶种和铱薄膜边框的同质/异质混合外延生长的栅格化复合衬底；在栅格化复合衬底表面外延生长单晶金刚石，从而得到扩展合并的大尺寸单晶金刚石。
上述同质/异质混合外延生长大尺寸单晶金刚石的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）将多片小尺寸单晶金刚石激光切割加工成尺寸和厚度一致，并对其表面和边缘进行研磨精密抛光，得到同质外延生长用单晶金刚石晶种；
（2）根据小尺寸单晶金刚石晶种的尺寸对氧化钇稳定氧化锆（YSZ）单晶晶片表面离子刻蚀处理，形成具有凹槽和边框的YSZ单晶晶片衬底，凹槽尺寸与深度分别和小尺寸单晶金刚石晶种的尺寸和厚度相同，边框宽度小于小尺寸单晶金刚石晶种尺寸；离子刻蚀处理方法包括激光蚀刻、等离子体刻蚀、离子束刻蚀等技术；
（3）将单晶金刚石晶种放入YSZ晶片衬底的凹槽内并紧贴边框，在该衬底表面外延生长纳米厚度的YSZ单晶薄膜缓冲层，填满槽内空隙并覆盖金刚石和YSZ晶片，并对其进行保护气氛下真空退火处理；YSZ单晶薄膜的制备方法包括电子束蒸发、激光熔融蒸发或磁控溅射技术；所制备YSZ薄膜晶体取向与金刚石晶种和YSZ衬底的晶向相同；
（4）将退火处理后的YSZ单晶薄膜激光或离子减薄抛光至平整表面并显露出镶嵌单晶金刚石晶种和YSZ边框的复合衬底模板，模板表面粗糙度不大于20 nm；
（5）在复合衬底模板表面外延生长一层铱单晶薄膜，铱薄膜的制备方法包括电子束蒸发或磁控溅射技术；铱薄膜晶体取向与金刚石晶种和YSZ薄膜晶向一致；
（6）对金刚石晶种上方的铱薄膜进行常规的光刻、显影、刻蚀等图形化工艺处理，形成露有部分金刚石晶种和铱薄膜边框的同质/异质混合外延生长的栅格化复合衬底，栅格化的线宽为0.01~0.1 mm，网格间距为0.01~0.3 mm；
（7）采用化学气相沉积方法在栅格化复合衬底表面外延生长单晶金刚石膜，激光切割去除复合衬底模板，得到扩展合并的大尺寸单晶金刚石。
上述制备方法中，所述步骤（1）中，金刚石单晶晶种尺寸为3×3~10×10 mm2，厚度为0.1~0.8 mm；表面和边缘抛光后粗糙度为5~50 nm。
上述制备方法中，所述步骤（2）中，YSZ单晶晶片衬底表面蚀刻后凹槽尺寸为3×3~10×10 mm2，深度为0.1~0.8 mm，边框宽度为0.5~5 mm。
上述制备方法中，所述步骤（3）中，YSZ单晶薄膜缓冲层的厚度为5~50 nm；保护气氛为惰性气体或氮气，真空退火温度为200~800 ℃。
上述制备方法中，所述步骤（5）中，铱单晶薄膜的厚度为80~300 nm，生长温度为400~1000 ℃。
上述制备方法中，所述步骤（7）中，化学气相沉积方法包括微波等离子体化学气相沉积、射频等离子体化学气相沉积、热丝化学气相沉积、直流电弧等离子体喷射化学气相沉积等。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明利用YSZ单晶晶片衬底替代YSZ单晶膜缓冲层，通过模板设计形成可同时用于同质外延生长和异质外延生长的凹槽和边框结构，有利于后续外延层的高质量生长。
（2）本发明通过衬底设计优化外延层与衬底之间的热膨胀系数差异和晶格失配，有助于金刚石单晶晶种和YSZ膜上后续金属铱膜和金刚石单晶膜的可控外延生长，从而实现高质量大尺寸单晶金刚石材料的制备。
（3）本发明利用衬底图形化在YSZ衬底表面可实现金刚石和金属铱膜的相互外延生长，使金属铱膜在单晶金刚石晶种表面通过横向外延覆盖生长金刚石薄层，通过金属铱掩埋界面来阻碍位错扩展，有效解决了界面缺陷和贯穿位错等问题，对于制备高质量大尺寸单晶金刚石半导体材料具有重要意义。
附图说明
图1为处理后的小尺寸单晶金刚石晶种示意图；
图2为YSZ单晶晶片刻蚀后具有凹槽和边框的衬底示意图；
图3为凹槽放有单晶金刚石晶种的YSZ晶片衬底示意图；
图4为YSZ晶片衬底表面外延生长的YSZ单晶薄膜示意图；
图5为YSZ单晶薄膜减薄抛光后的复合衬底模板示意图；
图6为复合衬底模板表面外延生长铱单晶薄膜示意图；
图7为铱薄膜图形化处理后的栅格化复合衬底示意图；
图8为单晶金刚石晶种上方铱薄膜栅格化示意图；
图9为栅格化复合衬底表面外延生长单晶金刚石示意图；
图10为去除复合衬底模板后的单晶金刚石示意图。
图中：1、单晶金刚石晶种；2、YSZ单晶晶片； 3、YSZ凹槽；4、YSZ边框；5、YSZ单晶薄膜；6、金属铱单晶薄膜；7、铱薄膜栅格化衬底；8、单晶金刚石晶种网格；9、铱单晶膜边框；10、单晶金刚石膜；11、大尺寸单晶金刚石。
具体实施方式
本发明基于同质/异质混合外延生长大尺寸单晶金刚石的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）将多片小尺寸单晶金刚石激光切割加工成尺寸和厚度一致，并对其表面和边缘进行研磨精密抛光，得到同质外延生长用单晶金刚石晶种1。所述步骤（1）中，金刚石单晶晶种尺寸为3×3~10×10 mm2，厚度为0.1~0.8 mm；表面和边缘抛光后粗糙度为5~50 nm。
（2）根据小尺寸单晶金刚石晶种1尺寸对氧化钇稳定氧化锆（YSZ）单晶晶片2表面离子刻蚀处理，形成具有凹槽3和边框4的YSZ单晶晶片衬底，凹槽尺寸与深度分别和金刚石晶种的尺寸和厚度相同，边框宽度小于金刚石晶种尺寸；离子刻蚀处理方法包括激光蚀刻、等离子体刻蚀、离子束刻蚀等技术。所述步骤（2）中，YSZ单晶晶片衬底表面蚀刻后凹槽尺寸为3×3~10×10 mm2，深度为0.1~0.8 mm，边框宽度为0.5~5 mm。
（3）将单晶金刚石晶种1放入YSZ单晶晶片2衬底的凹槽3内并紧贴边框4，在该衬底表面外延生长纳米厚度的YSZ单晶薄膜5缓冲层，填满槽内空隙并覆盖金刚石和YSZ晶片，并对其进行保护气氛下真空退火处理；YSZ单晶薄膜的制备方法包括电子束蒸发、激光熔融蒸发或磁控溅射技术；所制备YSZ薄膜晶体取向与金刚石晶种和YSZ衬底的晶向相同。所述步骤（3）中，YSZ单晶薄膜缓冲层的厚度为5~50 nm；保护气氛为惰性气体或氮气，真空退火温度为200~800 ℃。
（4）将退火处理后的YSZ单晶薄膜5激光或离子减薄抛光至平整表面并显露出镶嵌单晶金刚石晶种1和YSZ边框3的复合衬底模板，模板表面粗糙度不大于20 nm。
（5）在复合衬底模板表面外延生长一层铱单晶薄膜6，铱薄膜的制备方法包括电子束蒸发或磁控溅射技术；铱薄膜晶体取向与金刚石晶种和YSZ薄膜晶向一致。所述步骤（5）中，铱单晶薄膜的厚度为80~300 nm，生长温度为400~1000 ℃。
（6）对金刚石晶种上方的铱薄膜进行常规的光刻、显影、刻蚀等图形化工艺处理，形成露有部分单晶金刚石晶种网格8和铱单晶膜边框9的同质/异质混合外延生长的铱薄膜栅格化衬底7，栅格化线宽为0.01~0.1 mm，网格间距为0.01~0.3 mm。
（7）采用化学气相沉积方法在铱薄膜栅格化衬底7表面外延生长单晶金刚石膜10，激光切割去除复合衬底模板，得到扩展合并的大尺寸单晶金刚石11。所述步骤（7）中，化学气相沉积方法包括微波等离子体化学气相沉积、射频等离子体化学气相沉积、热丝化学气相沉积、直流电弧等离子体喷射化学气相沉积等。
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：
本实施例提供了一种同质/异质混合外延生长大尺寸单晶金刚石的制备方法，其操作步骤如下：
（1）采用激光切割将（100）晶向的单晶金刚石加工成尺寸为5×5 mm2、厚度为0.3mm，并对其表面和边缘进行研磨和精密抛光，抛光后表面和边缘粗糙度小于10 nm，如图1所示。
（2）对氧化钇稳定氧化锆（YSZ）单晶晶片表面进行激光刻蚀处理，形成尺寸为5×5mm2和深度为0.3 mm的凹槽，YSZ单晶的边框宽度为2 mm，如图2所示。
（3）将单晶金刚石晶种放入YSZ晶片衬底的凹槽内并紧贴边框，采用激光熔融蒸发技术在该衬底表面外延生长厚度为20 nm的YSZ单晶薄膜缓冲层，YSZ薄膜晶体取向为（100），填满槽内空隙并覆盖金刚石和YSZ晶片，并对其进行Ar气氛下真空600 ℃退火处理，如图3和图4所示。
（4）将退火处理后的YSZ单晶薄膜离子减薄抛光至平整表面并显露出镶嵌单晶金刚石晶种和YSZ边框的复合衬底模板，模板表面粗糙度达到~5 nm，如图5所示。
（5）采用磁控溅射技术在复合衬底模板表面外延生长一层厚度为150 nm的铱单晶薄膜，铱薄膜生长温度为700 ℃，晶体取向为（100），如图6所示。
（6）采用常规的正性光刻、显影、刻蚀方法（主要通过常用的光刻机和刻蚀机进行处理）对金刚石晶种上方的铱薄膜进行图形化工艺处理，形成露有部分金刚石晶种和铱薄膜边框的同质/异质混合外延生长的栅格化复合衬底，栅格化的线宽为0.05 mm，网格间距为0.3 mm，如图7和图8所示。图8为图7中一小格的放大图。
（7）采用偏压辅助微波等离子体化学气相沉积在栅格化复合衬底表面外延生长单晶金刚石膜，甲烷与氢气流量比为1:200，生长温度为900 ℃，微波功率为6 KW，沉积时间240 h，偏压为-300V。激光切割去除复合衬底模板，得到扩展合并的大尺寸单晶金刚石，如图9和图10所示。
实施例2：
本实施例提供了一种同质/异质混合外延生长大尺寸单晶金刚石的制备方法，其操作步骤如下：
（1）采用激光切割将（100）晶向的单晶金刚石加工成尺寸为3×3 mm2、厚度为0.2mm，并对其表面和边缘进行研磨和精密抛光，抛光后表面和边缘粗糙度小于5 nm，如图1所示。
（2）对氧化钇稳定氧化锆（YSZ）单晶晶片表面进行等离子体刻蚀处理，形成尺寸为3×3 mm2和深度为0.2 mm的凹槽，YSZ单晶的边框宽度为1 mm，如图2所示。
（3）将单晶金刚石晶种放入YSZ晶片衬底的凹槽内并紧贴边框，采用电子束蒸发技术在该衬底表面外延生长厚度为30 nm的YSZ单晶薄膜缓冲层，YSZ薄膜晶体取向为（100），填满槽内空隙并覆盖金刚石和YSZ晶片，并对其进行Ar气氛下真空500 ℃退火处理，如图3和图4所示。
（4）将退火处理后的YSZ单晶薄膜激光减薄抛光至平整表面并显露出镶嵌单晶金刚石晶种和YSZ边框的复合衬底模板，模板表面粗糙度达到~3 nm，如图5所示。
（5）采用电子束蒸发技术在复合衬底模板表面外延生长一层厚度为200 nm的铱单晶薄膜，铱薄膜生长温度为650 ℃，晶体取向为（100），如图6所示。
（6）采用常规的正性光刻、显影、刻蚀方法对金刚石晶种上方的铱薄膜进行图形化工艺处理，形成露有部分金刚石晶种和铱薄膜边框的同质/异质混合外延生长的栅格化复合衬底，栅格化的线宽为0.03 mm，网格间距为0.1 mm，如图7和图8所示。
（7）采用微波等离子体化学气相沉积在栅格化复合衬底表面外延生长单晶金刚石膜，甲烷与氢气流量比为1:150，生长温度为850 ℃；微波功率为6 KW，沉积时间300 h。激光切割去除复合衬底模板，得到扩展合并的大尺寸单晶金刚石，如图9和图10所示。
实施例3：
本实施例提供了一种同质/异质混合外延生长大尺寸单晶金刚石的制备方法，其操作步骤如下：
（1）采用激光切割将（100）晶向的单晶金刚石加工成尺寸为7×7 mm2、厚度为0.3mm，并对其表面和边缘进行研磨和精密抛光，抛光后表面和边缘粗糙度小于10 nm，如图1所示。
（2）对氧化钇稳定氧化锆（YSZ）单晶晶片表面进行离子束刻蚀处理，形成尺寸为7×7 mm2和深度为0.3 mm的凹槽，YSZ单晶的边框宽度为3 mm，如图2所示。
（3）将单晶金刚石晶种放入YSZ晶片衬底的凹槽内并紧贴边框，采用磁控溅射技术在该衬底表面外延生长厚度为20 nm的YSZ单晶薄膜缓冲层，YSZ薄膜晶体取向为（100），填满槽内空隙并覆盖金刚石和YSZ晶片，并对其进行氮气气氛下真空550 ℃退火处理，如图3和图4所示。
（4）将退火处理后的YSZ单晶薄膜离子减薄抛光至平整表面并显露出镶嵌单晶金刚石晶种和YSZ边框的复合衬底模板，模板表面粗糙度达到~5 nm，如图5所示。
（5）采用磁控溅射技术在复合衬底模板表面外延生长一层厚度为180 nm的铱单晶薄膜，铱薄膜生长温度为650 ℃，晶体取向为（100），如图6所示。
（6）采用常规的正性光刻、显影、刻蚀方法对金刚石晶种上方的铱薄膜进行图形化工艺处理，形成露有部分金刚石晶种和铱薄膜边框的同质/异质混合外延生长的栅格化复合衬底，栅格化的线宽为0.05 mm，网格间距为0.2 mm，如图7和图8所示。
（7）采用射频等离子体化学气相沉积在栅格化复合衬底表面外延生长单晶金刚石膜，甲烷与氢气流量比为1:150，射频频率为13.56 MHz，功率为2 KW，衬底温度为900 ℃，沉积时间150 h。激光切割去除复合衬底模板，得到扩展合并的大尺寸单晶金刚石，如图9和图10所示。
最后应说明的是，上述各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员应当理解：制备方法上实际可采用的方案很多，凡依照本发明的权利要求所做的等同修改或替换，其相应技术方案的本质均属于本发明的涵盖范围。
Claims (8)
1.一种同质/异质混合外延生长大尺寸单晶金刚石的制备方法，其特征在于包括下列步骤：首先将尺寸和厚度相同的小尺寸单晶金刚石晶种表面和边缘进行研磨精密抛光成平直表面并清洗干净；根据单晶金刚石晶种尺寸对氧化钇稳定氧化锆YSZ单晶晶片表面刻蚀处理，形成具有凹槽和边框的YSZ单晶晶片衬底；将单晶金刚石晶种放入蚀刻处理后的YSZ晶片衬底的凹槽内紧贴边框，在该衬底表面外延生长纳米厚度的YSZ单晶薄膜缓冲层，填满槽内空隙并覆盖金刚石晶种和YSZ晶片，并对其真空退火处理；将YSZ单晶薄膜减薄抛光至平整表面并显露出镶嵌单晶金刚石晶种和YSZ边框的复合衬底模板；在该复合衬底模板表面外延生长一层铱单晶薄膜，并对金刚石晶种上方的铱薄膜图形化工艺处理，形成露有部分金刚石晶种和铱薄膜边框的同质/异质混合外延生长的栅格化复合衬底；最后在栅格化复合衬底表面外延生长单晶金刚石，去除栅格化复合衬底从而得到扩展合并的大尺寸单晶金刚石；
金刚石单晶晶种尺寸为3×3~10×10 mm2，厚度为0.1~0.8 mm；
YSZ单晶晶片衬底表面蚀刻后凹槽尺寸为3×3~10×10 mm2，深度为0.1~0.8 mm，边框宽度为0.5~5 mm；
YSZ单晶薄膜缓冲层的厚度为5~50 nm；
铱单晶薄膜的厚度为80~300 nm；
栅格化复合衬底的栅格化线宽为0.01~0.1 mm，网格间距为0.01~0.3 mm；
所制备YSZ薄膜晶体取向与金刚石晶种和YSZ单晶晶片衬底的晶向相同；铱薄膜晶体取向与金刚石晶种和YSZ单晶薄膜晶向一致。
2.根据权利要求1所述的同质/异质混合外延生长大尺寸单晶金刚石的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将多片小尺寸单晶金刚石激光切割加工成尺寸和厚度一致，并对其表面和边缘进行研磨精密抛光，得到同质外延生长用单晶金刚石晶种；
（2）根据小尺寸单晶金刚石晶种尺寸对氧化钇稳定氧化锆YSZ单晶晶片表面离子刻蚀处理或激光刻蚀，形成具有凹槽和边框的YSZ单晶晶片衬底，凹槽尺寸与深度分别和金刚石晶种的尺寸和厚度相同；
（3）将单晶金刚石晶种放入YSZ晶片衬底的凹槽内并紧贴边框，在该衬底表面外延生长纳米厚度的YSZ单晶薄膜缓冲层，填满槽内空隙并覆盖金刚石晶种和YSZ晶片，并对其进行保护气氛下真空退火处理；
（4）将退火处理后的YSZ单晶薄膜激光或离子减薄抛光至平整表面并显露出镶嵌单晶金刚石晶种和YSZ边框的复合衬底模板，模板表面粗糙度不大于20 nm；
（5）在复合衬底模板表面外延生长一层铱单晶薄膜；
（6）对金刚石晶种上方的铱薄膜进行光刻、显影、刻蚀图形化工艺处理，形成露有部分金刚石晶种和铱薄膜边框的同质/异质混合外延生长的栅格化复合衬底；
（7）采用化学气相沉积方法在栅格化复合衬底表面外延生长单晶金刚石膜，激光切割去除栅格化复合衬底，得到扩展合并的大尺寸单晶金刚石。
3.根据权利要求2所述的同质/异质混合外延生长大尺寸单晶金刚石的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，金刚石单晶晶种表面和边缘抛光后粗糙度为5~50 nm。
4.根据权利要求2所述的同质/异质混合外延生长大尺寸单晶金刚石的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，离子刻蚀处理方法包括等离子体刻蚀或离子束刻蚀技术。
5.根据权利要求2所述的同质/异质混合外延生长大尺寸单晶金刚石的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，保护气氛为惰性气体或氮气，真空退火温度为200~800 ℃。
6.根据权利要求2所述的同质/异质混合外延生长大尺寸单晶金刚石的制备方法，其特征在于：YSZ单晶薄膜的制备方法包括电子束蒸发、激光熔融蒸发或磁控溅射技术。
7.根据权利要求2所述的同质/异质混合外延生长大尺寸单晶金刚石的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中，铱薄膜的制备方法包括电子束蒸发或磁控溅射技术；铱单晶薄膜的生长温度为400~1000 ℃。
8.根据权利要求2所述的同质/异质混合外延生长大尺寸单晶金刚石的制备方法，其特征在于：所述步骤（7）中，化学气相沉积方法包括微波等离子体化学气相沉积、射频等离子体化学气相沉积、热丝化学气相沉积、直流电弧等离子体喷射化学气相沉积中的一种。
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