[發明專利]一種利用Pt系金屬作為Ir緩沖層制備異質外延單晶金剛石的方法

有效

• 申請號: 202110698287.X
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113430640B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 魏強;林芳;張曉凡;王若錚;陳根強;王宏興
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C30B25/18
• 分類號: C30B25/18;C30B29/04;C23C14/35;C23C14/18;C23C14/16
• 代理公司: 西安維賽恩專利代理事務所(普通合伙) 61257
• 代理人: 劉艷霞

本發明公開了一種利用Pt系金屬作為Ir緩沖層制備異質外延單晶金剛石的方法，包括如下步驟：步驟一、在異質外延襯底上制備出Pt系金屬(001)取向薄膜；步驟二、在步驟一中的Pt系金屬(001)取向薄膜上外延生長Ir(001)取向薄膜；步驟三、在步驟二中的Ir(001)取向薄膜上制備出(001)方向的金剛石核；步驟四、將步驟三中的(001)方向的金剛石核在MP?CVD中外延生長，得到連續(001)方向的金剛石薄膜。該制備方法中，利用Pd作為Ir與襯底之間的緩沖層緩沖層，可以有效降低Ir薄膜的應力，解決了Ir薄膜容易脫落和斷裂的問題。

技術領域

本發明屬于單晶金剛石外延生長技術領域，尤其涉及一種利用Pt系金屬作為Ir緩沖層制備異質外延單晶金剛石的方法。

背景技術

金剛石是一種寬禁帶半導體，其極端熱導率為2200W/m/K，電子遷移率(電子4500，空穴3800cm2/Vs)對新型量子和高功率電子器件具有重要意義。由于金剛石在Ir薄膜上形核的特殊模式，使得Ir上外延生長的單晶金剛石具有成核密度高，結晶取向一致性好的特點，故而銥已經成為單晶金剛石晶圓制備的最重要鍍層襯底材料。由于Ir具有很高彈性模量(538.3GPa)，剛度大，脆性強，故而發生應變時應力也大，尤其當沉積在在氧化物襯底表面作為異質外延單晶金剛石的緩沖層，在高溫生長環境下襯底與金剛石之間的Ir很容易脫落甚至斷裂，不利于單晶金剛石異質外延的生長。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用Pt系金屬作為Ir緩沖層制備異質外延單晶金剛石的方法，利用Pd作為Ir與襯底之間的緩沖層緩沖層，可以有效降低Ir薄膜的應力，解決了Ir薄膜容易脫落和斷裂的問題。

本發明采用以下技術方案：一種利用Pt系金屬作為Ir緩沖層制備異質外延單晶金剛石的方法，該方法包括如下步驟：

步驟一、在異質外延襯底上制備出Pt系金屬(001)取向薄膜；

步驟二、在步驟一中的Pt系金屬(001)取向薄膜上外延生長Ir(001)取向薄膜；

步驟三、在步驟二中的Ir(001)取向薄膜上制備出(001)方向的金剛石核；

步驟四、將步驟三中的(001)方向的金剛石核在MP-CVD中外延生長，得到連續(001)方向的金剛石薄膜。

進一步地，在步驟一中，Pt系金屬為Pt或Pd。

進一步地，該Pt系金屬(001)取向薄膜的厚度為10納米～1微米。

進一步地，在步驟二中，Ir(001)取向薄膜發熱厚度為10納米～1微米。

進一步地，該襯底選用Si、SrTiO₃、MgO或Al₂O₃中的一種。

進一步地，該(001)方向的外延金剛石核在微波等離子體系統MP-CVD中外延生長的條件如下：放置于CVD生長樣品臺上，系統內的氣壓為100Torr，氣體流量為500sccm，氣體CH₄/H₂的體積比＝5％，襯底溫度為950℃。

進一步地，在步驟一中，利用磁控濺射法在異質外延襯底上制備出Pd(001)取向薄膜。

進一步地，Ir(001)取向薄膜在DC-CVD中增強偏壓形核，具體為：Ir(001)取向薄膜表面與直流偏壓電源的負極相連接，Ir(001)取向薄膜的負電壓在-500V～0V之間，且在H₂/CH₄等離子體氣氛中，在Ir(001)取向薄膜上制備出(001)方向的外延金剛石核。

本發明還公開了上述的一種利用Pt系金屬作為Ir緩沖層制備異質外延單晶金剛石的方法得到的一種異質外延外延單晶金剛石，包括：

異質外延襯底；