本技术介绍了一种高效制备密堆积纳米金刚石薄膜的方法。该技术采用旋涂种晶工艺结合热丝化学气相沉积系统,有效减少薄膜中非晶碳含量,提高薄膜质量。
背景技术
金刚石的禁带宽度为5.5eV,热导率高达22W/(cm·K),远高于第三代半导体材料SiC和GaN。因此,金刚石在高频、高功率电子器件领域有着极为重要的应用前景。
目前,通过化学气相沉积法或离子注入向金刚石中掺入硼得到的p型金刚石薄膜已经在废水处理、医疗等方面实现了应用,而金刚石的n型掺杂仍然是实现其在半导体领域应用亟待解决的难题。纳米金刚石薄膜由于其纳米晶粒与非晶碳相复合的独特结构,具备较好的n型掺杂潜力;在我们的授权专利ZL201210594869.4和ZL201510219422.2中,通过在薄膜中注入磷离子或氧离子,获得了迁移率较高的n型纳米金刚石薄膜;但是,非晶碳相为无序结构,纳米金刚石薄膜晶界中大量存在的非晶碳相对载流子散射作用明显,使得传统的n型纳米金刚石薄膜的载流子迁移率仍然较低。在我们申请的专利CN 108660429 B和CN108660432B中,通过人工打磨与超声震荡相结合的种晶方式,调整化学气相沉积工艺,制备了具有纳米晶粒密堆积的金刚石薄膜,薄膜中各晶粒之间形成界面,非晶碳晶界的含量显著降低,n型导电性能良好。在该专利中,种晶决定了薄膜的形核率,对于获得密堆积结构极为重要。之前使用的人工打磨与超声震荡结合的种晶方式存在人为误差大,生长重复性不高,很难控制后续生长的薄膜微结构等问题,因此亟需发展一种新的种晶方法。
本专利以单晶硅为衬底,发明了一种旋涂种晶工艺,通过热丝化学气相沉积系统,制备了具有密堆积结构的纳米金刚石薄膜。对实现金刚石的n型掺杂具有重要意义。
(三)
实现思路