CN119121157A - 一种高迁移率的共掺杂金刚石及制备方法 - Google Patents
一种高迁移率的共掺杂金刚石及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN119121157A CN119121157A CN202411175546.0A CN202411175546A CN119121157A CN 119121157 A CN119121157 A CN 119121157A CN 202411175546 A CN202411175546 A CN 202411175546A CN 119121157 A CN119121157 A CN 119121157A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- diamond
- doped
- hydrogen
- intrinsic
- thin film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 163
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 163
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 110
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 110
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 108
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 28
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 8
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 4
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 239000004047 hole gas Substances 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CFOAUMXQOCBWNJ-UHFFFAOYSA-N [B].[Si] Chemical compound [B].[Si] CFOAUMXQOCBWNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
- C23C16/27—Diamond only
- C23C16/274—Diamond only using microwave discharges
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/511—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using microwave discharges
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明涉及一种高迁移率的共掺杂金刚石及制备方法，包括步骤：提供未有意掺杂金刚石；在未有意掺杂金刚石表面制备氢终端结构，形成氢终端金刚石；在氢终端金刚石的氢终端结构表面制备待掺杂元素的本征薄膜；在预设温度下刻蚀本征薄膜，使得本征薄膜的待掺杂元素热扩散至氢终端结构中和未有意掺杂金刚石中并形成p型掺杂，得到共掺杂金刚石层。该制备方法可以有效修复磁控溅射对金刚石表面晶格的损伤，降低表面粗糙度，提高共掺杂金刚石的界面质量，同时在p型掺杂元素和同为p型导电的氢终端结构的共同作用下，氢终端金刚石的载流子迁移率得到大幅度提高，从而提高了共掺杂金刚石层的性能，进而可以用于制备高性能的金刚石微波功率器件。
Description
技术领域
本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种高迁移率的共掺杂金刚石及制备方法。
背景技术
超宽禁带半导体金刚石具有禁带宽度大、击穿场强高、载流子迁移率高、热导率高、抗辐照等众多优点，在金刚石高效体掺杂尚未实现重大突破的当下，以表面氢终端诱生二维空穴气为导电沟道的氢终端金刚石场效应管成为当前主流的器件选择，在功率电子器件应用中具有巨大的潜力。
一直以来的研究发现，氢终端金刚石二维空穴气(2DHG)电导的一个关键弱点在于迁移率太低。具体而言，氢终端金刚石2DHG电导的载流子浓度足够高，但是迁移率一般在200cm2/Vs以下，相应的方块电阻通常在10kΩ/sq或者更高。也是同样的原因，金刚石FETs由于沟道载流子迁移率较低，因此跨导、最大电流和功率增益受限，即使充分利用电流摆幅仍然难以获得足够的输出功率密度。可以说，氢终端金刚石的空穴迁移率低已然成为限制其微波功率器件性能提升的关键瓶颈。
近年来，在单晶金刚石材料单一掺杂性能难以进一步提升的背景下，硅终端、硼掺杂等新型金刚石材料引起广泛关注。硅终端金刚石材料，虽然有助于提升金刚石表面电导的稳定性，但是存在制备工艺复杂、工艺精度要求高等问题。就硼掺杂等单一元素掺杂金刚石而言，不仅掺杂难度高，并且与金属间的接触电阻较大，使得器件性能难以提升。
因此，如何提高金刚石材料的载流子迁移率，进而制备高性能的金刚石微波功率器件成为目前亟待解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种高迁移率的共掺杂金刚石及制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供了一种高迁移率的共掺杂金刚石的制备方法，包括步骤：
提供未有意掺杂金刚石；
在所述未有意掺杂金刚石表面制备氢终端结构，形成氢终端金刚石；
在所述氢终端金刚石的氢终端结构表面制备待掺杂元素的本征薄膜；
在预设温度下刻蚀所述本征薄膜，使得所述本征薄膜的待掺杂元素热扩散至所述氢终端结构中和所述未有意掺杂金刚石中并形成p型掺杂，得到共掺杂金刚石层。
在本发明的一个实施例中，在所述氢终端金刚石的氢终端结构表面制备待掺杂元素的本征薄膜，包括：
利用磁控溅射技术，在所述氢终端结构表面制备待掺杂元素的本征薄膜。
在本发明的一个实施例中，所述待掺杂元素包括硼。
在本发明的一个实施例中，所述本征薄膜的厚度为100-500nm。
在本发明的一个实施例中，在预设温度下刻蚀所述本征薄膜，使得所述本征薄膜的待掺杂元素热扩散至所述氢终端结构中和所述未有意掺杂金刚石中，得到共掺杂金刚石层，包括：
在微波等离子体化学气相沉积系统中，利用高温氢等离子体在800-1200℃的预设温度下刻蚀所述本征薄膜，使得所述本征薄膜的待掺杂元素热扩散至所述氢终端结构中和所述未有意掺杂金刚石中形成p型掺杂，得到共掺杂金刚石层。
在本发明的一个实施例中，沿所述氢终端结构至所述未有意掺杂金刚石方向，所述掺杂元素进入所述未有意掺杂金刚石中的深度为1-3μm。
在本发明的一个实施例中，在所述氢终端金刚石的氢终端结构表面制备待掺杂元素的本征薄膜之前，还包括步骤：
测试所述氢终端金刚石的面密度、方阻和载流子迁移率，当判断所述面密度满足预设面密度、所述方阻满足预设方阻且所述载流子迁移率满足预设载流子迁移率时，进行在所述氢终端金刚石的氢终端结构表面制备待掺杂元素的本征薄膜的步骤。
在本发明的一个实施例中，所述预设面密度为5×1011-1×1013cm-2，所述预设方阻为5-10ohm/sq，所述预设载流子迁移率为50-100cm2/(V·s)。
本发明的另一个实施例提供了一种高迁移率的共掺杂金刚石，由如上述实施例所述的制备方法制备得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的制备方法在氢终端结构的表面制备待掺杂元素的本征薄膜，并刻蚀本征薄膜，使得待掺杂元素热扩散至氢终端结构中和未有意掺杂金刚石中形成p型掺杂，从而有效修复磁控溅射对金刚石表面晶格的损伤，降低表面粗糙度，提高共掺杂金刚石的界面质量，同时在p型掺杂元素和同为p型导电的氢终端结构的共同作用下，氢终端金刚石的载流子迁移率得到大幅度提高，从而提高了共掺杂金刚石层的性能，进而可以用于制备高性能的金刚石微波功率器件。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种高迁移率的共掺杂金刚石的制备方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种高迁移率的共掺杂金刚石的制备方法的流程示意图；
图3a-图3e为本发明实施例提供的高迁移率的共掺杂金刚石的制备方法的过程示意图；
图4为本发明实施例提供的共掺杂金刚石的接触式霍尔测试结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种高迁移率的共掺杂金刚石的制备方法的流程示意图。该高迁移率的共掺杂金刚石的制备方法包括步骤：
S1、提供未有意掺杂金刚石。
具体的，选择化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)外延的未有意掺杂金刚石作为衬底，对金刚石进行切割、打磨预处理，然后将处理后的金刚石依次在200℃下强酸混合溶液(H2SO4:HNO3)、丙酮、无水乙醇和去离子水中进行超声清洗，得到洁净的金刚石衬底。金刚石的厚度为500-1000μm。
S2、在未有意掺杂金刚石表面制备氢终端结构，形成氢终端金刚石。
具体的，通过微波等离子体化学气相沉积(Microwave PCVD，MPCVD)技术在清洗完成的衬底上制备一层氢终端结构，氢终端的厚度小于5nm，形成氢终端金刚石。
S3、在氢终端金刚石的氢终端结构表面制备待掺杂元素的本征薄膜。
具体的，利用磁控溅射技术，在氢终端结构表面制备待掺杂元素的本征薄膜。其中，待掺杂元素为p型掺杂元素，包括但不限于硼元素。硼元素作为金刚石p型掺杂的常用元素，结合同为p型电导的金刚石氢终端，制备难度低，成功率大，且制备成本较高。
具体的，本征薄膜的厚度为100-500nm。示例性的，利用磁控溅射技术，在氢终端金刚石的氢终端结构表面沉积一层100nm高纯本征硼薄膜，得到表面有硼本征薄膜和氢终端结构的金刚石样品。
S4、在预设温度下刻蚀本征薄膜，使得本征薄膜的待掺杂元素热扩散至氢终端结构中和未有意掺杂金刚石中并形成p型掺杂，得到共掺杂金刚石层。
具体的，在微波等离子体化学气相沉积(Microwave PCVD，MPCVD)系统中，其氢气流量为300-600sccm的起辉条件下，利用高温氢等离子体在800-1200℃的预设温度下刻蚀本征薄膜，使得本征薄膜的待掺杂元素热扩散至氢终端结构中和未有意掺杂金刚石中形成p型掺杂，得到共掺杂金刚石层。示例性的，将表面有硼薄膜和氢终端的金刚石样品再次放置于MPCVD装置中，通入氢气，在氢气流量为600sccm的条件下启辉并升温至900℃进行表面刻蚀，得到带有硼热扩散掺杂的硼氢共掺杂金刚石片。
本实施例中，利用高温氢等离子体在高温下刻蚀本征薄膜，在高温条件下待掺杂元素通过热扩散，从氢终端结构的一侧进入氢终端结构和金刚石中，同时，氢等离子体携带待掺杂元素进入氢终端结构和金刚石中，从而在氢终端结构和金刚石中形成p型掺杂。进一步，经过高温氢等离子体刻蚀，本征薄膜全部被刻蚀掉，氢终端表面裸露出来。
具体的，待掺杂元素进入金刚石的深度与本征薄膜的厚度呈正相关关系，本征薄膜的厚度越大，待掺杂元素进入金刚石的深度越大。具体的，沿氢终端结构至未有意掺杂金刚石方向，掺杂元素进入未有意掺杂金刚石中的深度为1-3μm。
本实施例的制备方法在氢终端结构的表面制备待掺杂元素的本征薄膜，并刻蚀本征薄膜，使得待掺杂元素热扩散至氢终端结构中和未有意掺杂金刚石中形成p型掺杂，从而有效修复磁控溅射对金刚石表面晶格的损伤，降低表面粗糙度，提高共掺杂金刚石的界面质量，同时在p型掺杂元素和同为p型导电的氢终端结构的共同作用下，氢终端金刚石的载流子迁移率得到大幅度提高，从而提高了共掺杂金刚石层的性能，进而可以用于制备高性能的金刚石微波功率器件。
本实施例通过磁控溅射待掺杂元素的本征薄膜，结合金刚石具有的氢终端表面的优势，通过热扩散法实现金刚石待掺杂元素与氢的共掺杂，基于普通的MPCVD设备即可实现，有效降低了工艺难度。
实施例二
在实施例一的基础上，请参见图2，图2为本发明实施例提供的另一种高迁移率的共掺杂金刚石的制备方法的流程示意图，该制备方法包括步骤：
S1、提供未有意掺杂金刚石；
S2、在未有意掺杂金刚石表面制备氢终端结构，形成氢终端金刚石；
S3、测试氢终端金刚石的面密度、方阻和载流子迁移率，当判断面密度满足预设面密度、方阻满足预设方阻且载流子迁移率满足预设载流子迁移率时，进行步骤S3。
具体的，通过接触式霍尔测试的方法测试面密度、方阻和载流子迁移率，筛选面密度在预设面密度范围内、方阻在预设方阻范围内、且载流子迁移率在预设载流子迁移率范围内的氢终端金刚石进行下一步的本征薄膜生长。
具体的，预设面密度为5e11-1e13cm-2，预设方阻为5-10ohm/sq，预设载流子迁移率为50-100cm2/(V·s)。
本实施例通过对面密度、方阻和载流子迁移率的筛选，可以获得载流子迁移率较好的氢终端金刚石，进而在后续的步骤中制备得到较高迁移率的共掺杂金刚石。
S4、在氢终端金刚石的氢终端结构表面制备待掺杂元素的本征薄膜；
S5、在预设温度下刻蚀本征薄膜，使得本征薄膜的待掺杂元素热扩散至氢终端结构中和未有意掺杂金刚石中并形成p型掺杂，得到共掺杂金刚石层。
步骤S1、S2、S4、S5的具体实施方式及其有益效果请参见实施例一，本实施例不再赘述。
实施例三
在实施例二的基础上，请参见图3a-图3e，图3a-图3e为本发明实施例提供的高迁移率的共掺杂金刚石的制备方法的过程示意图。
S1、提供未有意掺杂金刚石，请参见图3a。
具体的，选择未有意掺杂金刚石作为衬底，对金刚石进行切割、打磨预处理，然后将处理后的金刚石依次在200℃下的强酸混合溶液(H2SO4:HNO3)、丙酮、无水乙醇和去离子水中进行超声清洗，得到洁净的金刚石衬底。
S2、在未有意掺杂金刚石表面制备氢终端结构C-H，形成氢终端金刚石，请参见图3b。
具体的，通过微波等离子体化学气相沉积(Microwave PCVD，MPCVD)技术在清洗完成的衬底上制备一层氢终端结构。
S3、测试氢终端金刚石的面密度、方阻和载流子迁移率，筛选满足条件的氢终端金刚石。
具体的，通过接触式霍尔测试的方法，对制备的氢终端金刚石进行筛选，控制面密度在5×1011-1×1013cm-2内，方阻在5-10ohm/sq内，载流子迁移率在50-100cm2/(V·s)内。
S4、在氢终端金刚石的氢终端结构表面制备待掺杂元素的本征薄膜，请参见图3c。
具体的，通过磁控溅射工艺，在筛选后的氢终端金刚石表面沉积一层100nm高纯本征硼薄膜B，得到表面有硼薄膜和氢终端的金刚石样品。
S5、在预设温度下刻蚀本征薄膜，使得本征薄膜的待掺杂元素热扩散至氢终端结构中和未有意掺杂金刚石中并形成p型掺杂，得到共掺杂金刚石层，请参见图3d。
具体的，将表面有硼薄膜和氢终端的金刚石样品再次放置于MPCVD装置中，通入氢气，在氢气流量为600sccm的条件下启辉并升温至1000℃进行表面刻蚀，得到带有硼热扩散掺杂的硼氢共掺杂金刚石片。
S6、在共掺杂金刚石层表面制备欧姆接触电极，请参见图3e。
具体的，在掺杂后的共掺杂金刚石层表面沉积一层厚度为20/100nm的Ti/Au层，并对沉积后的硼硅共掺杂金刚石在快速热退火设备中退火5分钟，完成欧姆电极的制备，其中退火温度为800℃。或者，在掺杂后的共掺杂金刚石层表面沉积一层厚度为10nm厚的金作为电极，完成欧姆电极的制备。进一步，欧姆接触电极位于共掺杂金刚石层表面的两个端部。
本实施例的共掺杂金刚石层由于界面质量较高，能够降低欧姆接触电极的电阻。
对上述制备欧姆接触电极后的共掺杂金刚石利用四探针法进行接触式霍尔测试，测试结构请参见图4，图4为本发明实施例提供的共掺杂金刚石的接触式霍尔测试结果图，其中，Rs表示方块电阻，RHs表示霍尔系数，Ns表示载流子面密度。从图4可以看出，共掺杂金刚石的载流子迁移率为733cm2/(V·s)，显示出较高的数值，证明在p型掺杂元素和同为p型导电的氢终端结构的共同作用下，氢终端金刚石的载流子迁移率得到大幅度提高的结论。
实施例四
在上述实施例的基础上，本实施例提供了一种高迁移率的共掺杂金刚石，包括：未有意掺杂金刚石和氢终端结构，氢终端结构位于未有意掺杂金刚石的表面，且氢终端结构中和未有意掺杂金刚石靠近氢终端结构的部分均形成有p型掺杂元素，p型掺杂元素与氢终端结构形成共掺杂。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高迁移率的共掺杂金刚石的制备方法，其特征在于，包括步骤：
提供未有意掺杂金刚石；
在所述未有意掺杂金刚石表面制备氢终端结构，形成氢终端金刚石；
在所述氢终端金刚石的氢终端结构表面制备待掺杂元素的本征薄膜；
在预设温度下刻蚀所述本征薄膜，使得所述本征薄膜的待掺杂元素热扩散至所述氢终端结构中和所述未有意掺杂金刚石中并形成p型掺杂，得到共掺杂金刚石层。
2.根据权利要求1所述的高迁移率的共掺杂金刚石的制备方法，其特征在于，在所述氢终端金刚石的氢终端结构表面制备待掺杂元素的本征薄膜，包括：
利用磁控溅射技术，在所述氢终端结构表面制备待掺杂元素的本征薄膜。
3.根据权利要求1所述的高迁移率的共掺杂金刚石的制备方法，其特征在于，所述待掺杂元素包括硼。
4.根据权利要求1所述的高迁移率的共掺杂金刚石的制备方法，其特征在于，所述本征薄膜的厚度为100-500nm。
5.根据权利要求1所述的高迁移率的共掺杂金刚石的制备方法，其特征在于，在预设温度下刻蚀所述本征薄膜，使得所述本征薄膜的待掺杂元素热扩散至所述氢终端结构中和所述未有意掺杂金刚石中，得到共掺杂金刚石层，包括：
在微波等离子体化学气相沉积系统中，利用高温氢等离子体在800-1200℃的预设温度下刻蚀所述本征薄膜，使得所述本征薄膜的待掺杂元素热扩散至所述氢终端结构中和所述未有意掺杂金刚石中形成p型掺杂，得到共掺杂金刚石层。
6.根据权利要求1所述的高迁移率的共掺杂金刚石的制备方法，其特征在于，沿所述氢终端结构至所述未有意掺杂金刚石方向，所述掺杂元素进入所述未有意掺杂金刚石中的深度为1-3μm。
7.根据权利要求1所述的高迁移率的共掺杂金刚石的制备方法，其特征在于，在所述氢终端金刚石的氢终端结构表面制备待掺杂元素的本征薄膜之前，还包括步骤：
测试所述氢终端金刚石的面密度、方阻和载流子迁移率，当判断所述面密度满足预设面密度、所述方阻满足预设方阻且所述载流子迁移率满足预设载流子迁移率时，进行在所述氢终端金刚石的氢终端结构表面制备待掺杂元素的本征薄膜的步骤。
8.根据权利要求7所述的高迁移率的共掺杂金刚石的制备方法，其特征在于，所述预设面密度为5×1011-1×1013cm-2，所述预设方阻为5-10ohm/sq，所述预设载流子迁移率为50-100cm2/(V·s)。
9.一种高迁移率的共掺杂金刚石，其特征在于，由如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202411175546.0A CN119121157A (zh) | 2024-08-26 | 2024-08-26 | 一种高迁移率的共掺杂金刚石及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202411175546.0A CN119121157A (zh) | 2024-08-26 | 2024-08-26 | 一种高迁移率的共掺杂金刚石及制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN119121157A true CN119121157A (zh) | 2024-12-13 |
Family
ID=93756506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202411175546.0A Pending CN119121157A (zh) | 2024-08-26 | 2024-08-26 | 一种高迁移率的共掺杂金刚石及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN119121157A (zh) |
-
2024
- 2024-08-26 CN CN202411175546.0A patent/CN119121157A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Grot et al. | The effect of surface treatment on the electrical properties of metal contacts to boron-doped homoepitaxial diamond film | |
| JP4100652B2 (ja) | ＳｉＣショットキーダイオード | |
| CN1088256C (zh) | 产生欧姆接触及制造设有该种欧姆接触的半导体器件的方法 | |
| CN102227000B (zh) | 基于超级结的碳化硅mosfet器件及制备方法 | |
| CN1220247C (zh) | 用于具有高热稳定性超浅结中的含铱硅化镍及其制法 | |
| EP4539094A1 (en) | Modified tunnel oxide layer and preparation method, topcon structure and preparation method, and solar cell | |
| CN109136869A (zh) | 用于紫外波段的金属掺氧化镓透明导电薄膜及其制备方法 | |
| JP3230650B2 (ja) | 炭化けい素半導体基板とその製造方法およびその基板を用いた炭化けい素半導体素子 | |
| JPH07235502A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| CN107785250B (zh) | 碳化硅基肖特基接触制作方法及肖特基二极管制造方法 | |
| JPH05299635A (ja) | 耐熱性オーミック電極を備えたダイヤモンド薄膜及びその製造方法 | |
| CN108257856A (zh) | 耐高温低功耗的SiC MOSFET功率器件的制备方法及其结构 | |
| CN110600366A (zh) | （100）晶向金刚石n沟道结型场效应晶体管及其制备方法 | |
| JP4645641B2 (ja) | ＳｉＣショットキーダイオードの製造方法 | |
| CN119121157A (zh) | 一种高迁移率的共掺杂金刚石及制备方法 | |
| CN112018177B (zh) | 全垂直型Si基GaN UMOSFET功率器件及其制备方法 | |
| CN117352587A (zh) | 氢钝化硅终端欧姆接触电极的金刚石核探测器及制备方法 | |
| WO2024051166A1 (zh) | 一种半导体器件及其制作方法 | |
| CN113725076B (zh) | 一种氢终端金刚石隧穿欧姆接触电阻的制备方法 | |
| CN114497186A (zh) | 金刚石/氧化镓异质pn结二极管的制备方法 | |
| CN115565856A (zh) | 一种SiC功率器件欧姆接触、制备方法及应用 | |
| JPH10256173A (ja) | 炭化ケイ素へのイオン注入方法および炭化ケイ素半導体装置 | |
| JP3924628B2 (ja) | ＳｉＣショットキーダイオードの製造方法 | |
| CN118943204A (zh) | 一种改进的氢终端金刚石场效应晶体管及其制备方法 | |
| CN110783411A (zh) | 基于沟槽栅垂直浅超结的氮化镓基mosfet器件及制作方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |