[發明專利]一種單晶立方型氮化碳薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 201110286896.0
• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號: CN102321919A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 夏洋;饒志鵬;萬軍;劉鍵;李超波;陳波;黃成強;石莎莉;李勇滔
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: C30B29/38
• 分類號: C30B29/38;C30B25/02
• 代理公司: 北京市德權律師事務所 11302
• 代理人: 劉麗君

技術領域

?本發明涉及氮化碳的制備技術，具體涉及一種單晶立方型氮化碳薄膜的制備方法。

背景技術

自從有人在上世紀末提出一種硬度可能超過金剛石的亞穩相β-C₃N₄后，這種材料的研究就一直是材料學的一個研究熱點，后來科學家又陸續的計算出了C₃N₄的其他幾種相態：α相、立方相、準立方相和類石墨相，這五種相態除類石墨相外，其余相態都比金剛石硬，其原理在于氮化碳中的碳是sp³雜化形成的，和金剛石中的碳的雜化情況相同，且氮化碳中的碳氮鍵比金剛石中的碳碳鍵短，且鍵能大，因此氮化碳比金剛石硬。氮化碳除了具備高硬度和高彈性外，還具有耐磨損、防腐蝕、耐高溫等特性，能很好的運用于機械加工領域；它具有寬能帶間隙和高導熱性，是半導體和光學器件的候選材料。但是要把氮化碳從理論變為實際，科學家們嘗試了多種方法，如等離子體輔助化學氣相沉積法、反應濺射法、激光燒蝕法等，但制作出來的氮化碳薄膜多呈非晶結構，其原因在于當這五種晶相同時無序的生長，會導致最后形成的薄膜出現非晶的結構。

發明內容

本發明的目的在于提供一種單晶立方型氮化碳薄膜的制備方法，該方法操作簡單，轉化率高，能耗小，且制得的薄膜結構完整。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種單晶立方型氮化碳薄膜的制備方法，包括如下步驟：

將硅襯底放置于原子層沉積設備反應腔中；

向所述原子層沉積設備反應腔中通入碳源氣體，所述碳源氣體作為第一反應前驅體在硅襯底表面進行碳化學吸附，所述碳源氣體中的碳原子吸附在所述硅襯底上；

所述吸附在所述硅襯底上的碳原子與通入含氮的第二反應前驅體發生鹵代反應，并產生相應的產物，直到硅襯底表面的碳原子完全消耗，在襯底表面形成單晶立方型氮化碳薄膜。

上述方案中，所述將硅襯底放置于原子層沉積設備反應腔中的步驟之前還包括：所述硅襯底的表面經過標準液和氫氟酸處理，在所述硅襯底的表面形成硅氫鍵。

上述方案中，所述碳源氣體為四氯化碳。

上述方案中，所述第二反應前驅體為氨氣；所述氨氣中的氫原子與所述四氯化碳中的氯原子發生鹵代反應，使得所述四氯化碳中除碳以外的其他官能團被氮原子取代。

上述方案中，所述在向原子層沉積設備反應腔通入第一反應前驅體、第二反應前驅體步驟之前還包括：向原子層沉積設備反應腔通入惰性氣體。

上述方案中，所述惰性氣體為氬氣或氦氣。

與現有技術方案相比，本發明采用的技術方案產生的有益效果如下：

本發明利用原子層沉積技術制備單晶立方型氮化碳薄膜，該制備方法操作簡單，轉化率高，能耗小，且制得的單晶立方型氮化碳薄膜結構完整。

附圖說明

圖1為本發明實施例中硅襯底表面經過處理的形成Si-H鍵的示意圖；

圖2為本發明實施例中四氯化碳與硅襯底進行碳化學吸附的示意圖；

圖3為本發明實施例中硅襯底表面完全被碳吸附后的示意圖；

圖4為本發明實施例中氨氣與硅襯底上的碳原子發生鹵代反應形成C-N鍵的示意圖；

圖5為本發明實施例提供的單晶立方型薄膜的原子結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明技術方案進行詳細描述。

本發明實施例提供一種單晶立方型氮化碳薄膜的制備方法，具體包括如下步驟：

步驟101，摻雜后的硅襯底通過標準液和氫氟酸處理表面，在硅襯底表面形成硅氫鍵，如圖1所示，其中，標準液是指：1號液，濃硫酸:雙氧水=4:1；2號液，氨水:純凈水:雙氧水=1:5:1；3號液，鹽酸:雙氧水:純凈水=1:1:6；將進行氫化處理后的硅襯底放置于原子層沉積設備反應腔中；

步驟102，向原子層沉積設備反應腔中通入氬氣或氦氣，對反應腔進行清洗；

步驟103，開啟原子層沉積設備，調整工作參數，達到實驗所需工作環境；向原子層沉積反應腔中通入四氯化碳，如圖2所示，四氯化碳和硅襯底表面的氫原子發生反應，碳原子吸附在襯底表面；此步驟直至硅襯底表面完全被碳吸附后結束，如圖3所示；

步驟104，向原子層沉積設備反應腔中通入氬氣或氦氣，惰性氣體用于清洗腔體并帶走未反應的前軀體；