[发明专利]在金刚石对顶砧上集成金属电极的方法

说明书

技术领域

本发明属在高压实验装置上集成金属电极的方法。

背景技术

金刚石对顶砧(DAC)是高压实验技术的一个突破，也是目前国际上普遍使用的超高压装置。它适合与多种测试方法配套进行高温高压下物理量的原位测量，DAC技术的发展与应用使人们对高压物性的探索有了突破性的进展。目前，人们利用DAC已经实现了多种物理量的测量，如结构、光谱、光发射、光散射等。而利用DAC进行电学性质测量的进展迟缓，有关报道也很少。但是，在DAC上进行电学测量对研究高压物性而言具有重要的价值。其意义在于：1、可以给出物质在高压下金属化相变的最直接的信息。2、可以观测到高压下物质的电子相变。3、可以观测到高压下物质的结构相变。4、进行高压下材料的光电性质研究。正因为其重要意义所在，所以我们将金属电极集成在金刚石对顶砧上，建立了金刚石对顶砧上的高压电学测量方法。

与本发明最相近的技术是发表在“Appl.Phys.Lett.77(21)，20 November2000”的文章，其题目是“Epitaxial diamond encapsulation of metal microprobesfor high pressure experiments”。该文章只是部分公开了在金刚石对顶砧上集成金属电极的工艺过程，金属电极材料为钨(W)。具体工艺过程包括清洗——涂胶——光刻——溅射电极材料——溶胶——生长金刚石掩膜——打磨——引线。涂胶是在金刚石对顶砧上涂大约2μm厚的光刻胶。光刻过程是经曝光显影后，将需要集成电极的部位的光刻胶去掉，而其余的地方仍由光刻胶掩盖。溅射电极是在光刻好的金刚石对顶砧上溅射厚度约为7000的钨。溶胶即溶掉光刻胶，同时，其上的金属钨也随之被去除，这样在砧面上就只留下了设计好的钨电极图形。最后将金刚石对顶砧放入微波等离子体化学气相沉积(CVD)设备中生长金刚石掩膜，再经过打磨后露出电极。

此技术实现了金属电极在金刚石对顶砧上的集成。但是由于电极的集成采用的是先光刻后溅射电极的工艺流程，所以在溅射金属之前，金刚石对顶砧的表面受到了来自光刻胶和显影液的污染，不利于在砧面上形成具有高附着力的金属电极。因此，在工艺的后期不得不采用高温(800℃以上)处理的方法使钨和金刚石成键以谋求高附着力，而过高的温度对金刚石是有损伤的。由于金属膜过厚，在内应力的作用下，电极在金刚石对顶砧的砧面上，特别在砧面的边界处，极易发生崩裂，就会降低实验的成功率。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，重新优化了电极集成的工艺过程，在金刚石对顶砧上成功地集成出了膜质量高、不易崩裂、附着力好的金属电极。建立了金刚石对顶砧上的电学测量方法。

本发明需要解决的技术问题是通过如下工艺过程实现的。采用金属钼、铬、钛等做电极材料，其工艺过程包括清洗——溅射电极材料——涂胶——光刻——腐蚀金属——去胶——引线等过程。金刚石对顶砧表面的清洁处理包含丙酮、乙醇超声清洗，铬酸浸泡，去离子水冲洗等工序。所说的溅射电极材料是在金刚石对顶砧上溅射厚度为1000～2500的金属钨或铬或钛的金属薄膜。溅射过程中可以让衬底温度始终保持在240～400℃。所说的光刻过程是涂胶后经曝光显影，保留需要集成电极部位的光刻胶，而其余的地方光刻胶被去掉。光刻过程与背景技术相比，保留光刻胶部位和去掉光刻胶部位正好相反。所说的腐蚀金属是指用配制好的光刻腐蚀剂去掉未被光刻胶掩盖的电极材料。所说的去胶是去掉金属电极上面的腐蚀金属过程中起掩盖作用的光刻胶，以露出金属电极。所说的引线是将金属丝粘结在金刚石对顶砧的侧面上。

由于在本发明中采用的是先溅射后光刻顺序，所以保证了电极在砧面上有足够的附着力。同时，电极的厚度被减小，小于2000，这也消除了由于应力产生的电极崩裂现象。并且，在整个金属电极的集成过程中金刚石对顶砧始终没有暴露在高的温度下，所以这也避免了高温对金刚石的损伤，延长了金刚石的使用寿命。

附图说明

为了形象地表述本发明的工艺过程给出图1。

图1是本发明的在金刚石对顶砧上集成金属电极方法的工艺流程图。

图1中，1为清洗、2为溅射电极材料、3为涂胶、4为光刻、5为腐蚀金属、6为去胶；7表示金刚石砧面、8表示溅射的金属薄膜、9表示光刻胶。

具体实施方式

实施例1：以钼(Mo)做金属电极材料。