(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书 | ||
(10)申请公布号 CN 114000120 A (43)申请公布日 2022.02.01 | ||
(21)申请号 CN202210003968.4
(22)申请日 2022.01.05
(71)申请人 武汉大学
地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学
(72)发明人 刘胜 沈威 吴改 郭宇铮 梁康 汪启军 王诗兆
(74)专利代理机构 42222 武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人 杨宏伟
(51)Int.CI
C23C16/27(20060101)
C23C16/02(20060101)
C23C16/02(20060101)
权利要求说明书 说明书 幅图 |
(54)发明名称
(57)摘要
本发明涉及一种基于CVD法的应变金刚石生长掺杂方法。通过CVD法在衬底层上依次沉积出渐变缓冲层、驰豫层，最后在弛豫层上沉积出CVD应变金刚石层，并通过CVD法进行掺杂。该方法利用CVD法制备的驰豫层晶格常数大于金刚石的晶格常数，进而使得金刚石产生拉应变。CVD应变金刚石在生长和掺杂过程中，金刚石处于拉应变状态，因此，掺杂元素的形成能较低，容易掺入金刚石，使得金刚石的掺杂浓度较高。 | |
法律状态
法律状态公告日 | 法律状态信息 | 法律状态 |
2022-02-22 | 实质审查的生效 | 实质审查的生效 |
2022-02-01 | 公开 | 公开 |
2022-03-15 | 授权 | 发明专利权授予 |
权 利 要 求 说 明 书
1.一种基于CVD法的应变金刚石生长掺杂方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:衬底层准备工作:将衬底层放置在CVD设备的样品台上;
步骤2:CVD生长X
a
C贾盛强
1-a
渐变缓冲层:通入含有X元素的气体、甲烷气体、氢气的混合气体,制备X
a
C
1-a
渐变缓冲层,a为X
a
C
步骤1:衬底层准备工作:将衬底层放置在CVD设备的样品台上;
步骤2:CVD生长X
a
C贾盛强
1-a
渐变缓冲层:通入含有X元素的气体、甲烷气体、氢气的混合气体,制备X
a
C
1-a
渐变缓冲层,a为X
a
C
1-a
中X元素的比例;
步骤3:CVD生长X
b
C
1-b
驰豫层:通入含有X元素的气体、甲烷气体、氢气的混合气体,固定含有X元素的气体的流量,使得X
b
C
1-b
驰豫层的X组分在垂直方向上保持恒定,制备X
b
C
1-b
中X元素的比例;
步骤3:CVD生长X
b
C
1-b
驰豫层:通入含有X元素的气体、甲烷气体、氢气的混合气体,固定含有X元素的气体的流量,使得X
b
C
1-b
驰豫层的X组分在垂直方向上保持恒定,制备X
b
C
1-b
驰豫层,b为X
b
C
1-b
中X元素的比例,X为晶格常数调节元素,C为碳元素;
步骤4:CVD生长并掺杂CVD应变金刚石层:通入含有掺杂气体、甲烷气体、氢气的混合气体,使得金刚石一边生长一边掺杂,在X
b
C
1-b
驰豫层上生长CVD应变金刚石层,其中X
b
C
1-b
b
C
1-b
中X元素的比例,X为晶格常数调节元素,C为碳元素;
步骤4:CVD生长并掺杂CVD应变金刚石层:通入含有掺杂气体、甲烷气体、氢气的混合气体,使得金刚石一边生长一边掺杂,在X
b
C
1-b
驰豫层上生长CVD应变金刚石层,其中X
b
C
1-b
驰豫层的晶格常数大于CVD应变金刚石层的金刚石常数,使得CVD应变金刚石层处于拉应变状态;
步骤5:将衬底层剥离,得到金刚石掺杂外延结构。
2.根据权利要求1所述的应变金刚石生长掺杂方法,其特征在于:所述X元素为锗元素或者硅。
3.根据权利要求1所述的应变金刚石生长掺杂方法,其特征在于:步骤2中,当衬底层为硅单晶材料时,a的值随着沉积时间的推移逐渐减小,即要设置含有X元素的气体的流量随时间逐渐减小;当衬底层为金刚石单晶材料时,a的值随着沉积时间的推移逐渐增大,即要设置含有X元素的气体的流量也将逐渐增大。
步骤5:将衬底层剥离,得到金刚石掺杂外延结构。
2.根据权利要求1所述的应变金刚石生长掺杂方法,其特征在于:所述X元素为锗元素或者硅。
3.根据权利要求1所述的应变金刚石生长掺杂方法,其特征在于:步骤2中,当衬底层为硅单晶材料时,a的值随着沉积时间的推移逐渐减小,即要设置含有X元素的气体的流量随时间逐渐减小;当衬底层为金刚石单晶材料时,a的值随着沉积时间的推移逐渐增大,即要设置含有X元素的气体的流量也将逐渐增大。
4.根据权利要求3所述的应变金刚石生长掺杂方法,其特征在于:步骤3中通入混合气体组分比例恒定不变,且含有X元素的气体与通入甲烷的气体流量比大致等于步骤2中结束时含有X元素的气体与通入甲烷的气体流量比。
5.根据权利要求3所述的应变金刚石生长掺杂方法,其特征在于:步骤2和步骤3中,通入混合气体中,通入甲烷气体、氢气的流量比均为0.1~20%。
6.根据权利要求3所述的应变金刚石生长掺杂方法,其特征在于:步骤1至步骤4中,通入的氢气的流量均为1~2000sccm。
5.根据权利要求3所述的应变金刚石生长掺杂方法,其特征在于:步骤2和步骤3中,通入混合气体中,通入甲烷气体、氢气的流量比均为0.1~20%。
6.根据权利要求3所述的应变金刚石生长掺杂方法,其特征在于:步骤1至步骤4中,通入的氢气的流量均为1~2000sccm。
7.根据权利要求3所述的应变金刚石生长掺杂方法,其特征在于:步骤4中,通入的混合气体中,通入掺杂气体与通入甲烷的气体流量比为0.1~50%。
8.根据权利要求1所述的应变金刚石生长掺杂方法,其特征在于:所述掺杂气体为磷化氢、、氧气及硫化氢中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的应变金刚石生长掺杂方法,其特征在于:所述X
b
C
1-b
驰豫层的单晶材料的晶格常数A1和CVD应变金刚石层的金刚石晶格常数A2的大小关系为:A1>A2,且A1<(1+9%)×A2。
8.根据权利要求1所述的应变金刚石生长掺杂方法,其特征在于:所述掺杂气体为磷化氢、、氧气及硫化氢中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的应变金刚石生长掺杂方法,其特征在于:所述X
b
C
1-b
驰豫层的单晶材料的晶格常数A1和CVD应变金刚石层的金刚石晶格常数A2的大小关系为:A1>A2,且A1<(1+9%)×A2。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的应变金刚石生长掺杂方法,其特征在于,还包括以下步骤:
步骤6:通过刻蚀工艺去除衬底层、X
a
C
1-a
渐变缓冲层和X
b
C
1-b
驰豫层,得到无应变的掺杂金刚石。
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