[发明专利]一种电子级金刚石的制备方法

说明书

本发明提供了一种电子级金刚石的制备方法，包括以下步骤：对金刚石籽晶进行微波等离子体刻蚀处理，得到刻蚀预处理籽晶；在所述刻蚀预处理籽晶的(100)面，微波等离子体辅助CVD生长单晶金刚石过渡层；在所述单晶金刚石过渡层表面微波等离子体辅助CVD生长电子级金刚石。本发明提供的方法采用分步生长的方式，首先生长出一定厚度的过渡层单晶金刚石，所述单晶金刚石过渡层能够将由于金刚石籽晶衬底的缺陷修正，然后再采用微波等离子体辅助CVD生长电子级金刚石，最终制备出杂质含量低于2ppm的电子级单晶金刚石材料。

技术领域

本发明涉及金刚石技术领域，尤其涉及一种电子级金刚石的制备方法。

背景技术

金刚石作为第三代半导体材料，以其高热导率、高载流子迁移率、宽禁带宽度等显著的优点备受关注。然而高质量的天然金刚石储量有限，并且开发成本极高，因此人们开发出多种合成金刚石方法，如高温高压法(HPHT)、热丝化学气相沉积法(HJCVD)、微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)。其中MPCVD法合成金刚石法由于没有杂质的引入，是最有潜力合成出高质量、大面积的金刚石材料的方法。

MPCVD法合成金刚石的质量与多种因素有关，包括碳源浓度、气体流量大小、温度、基板台高度、微波功率、合成温度、等离子体种类与密度分布、温度均匀性等。而且对于MPCVD法合成金刚石来说，不同生产厂商、不同类型的设备，其工艺参数也是不同的。众所周知，通过控制通入碳源的浓度，并控制合适的温度、压力、功率等工艺参数，可以合成出金刚石薄膜，但是在实际的操作中，由于不可避免的杂质污染源的引入、表面处理缺陷等，这些缺陷一般包括点缺陷、线缺陷、面缺陷。对于线缺陷、面缺陷来讲，在生长过程中具有显著的遗传性，导致同质外延生长出的金刚石具有同样的缺陷，对于点缺陷，由于杂质原子的引入，如NV缺陷、SiV缺陷等，这种缺陷对于电子级金刚石电学性能如载流子迁移率有很大的影响。而这对于电子级金刚石在探测器器件、量子测量器件、量子计算等方面的应用都具有极大地影响。

IIA科技公司提出一种利用MPCVD法制备电子级单晶金刚石的方法，其包括：(a)选择具有预定取向的金刚石种子或基底，(b)从所述金刚石种子或基底清洁和/或蚀刻非金刚石相和其它引起的表面损伤，该步骤进行多次，(c)在清洁和/或蚀刻过的金刚石种子或基底上生长一层极其低晶体缺陷密度金刚石表面，该步骤可进行一次或更多次，和(d)在该极低晶体缺陷密度金刚石表面层的顶部上生长电子级单晶金刚石。然而该方法在进行b步骤时，需要进行多次刻蚀，而且刻蚀之后需要取出单晶金刚石，进行观察表征，以确保达到低晶体缺陷密度的状态，取出的过程就会有可能引入新的杂质，进而导致合成的电子级金刚石材料产生缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于本方案提出一种制备电子级金刚石单晶的方法，最终制备得到杂质含量低于2ppm的电子级单晶金刚石。

本发明提供了一种电子级金刚石的制备方法，包括以下步骤：

对金刚石籽晶进行微波等离子体刻蚀处理，得到刻蚀预处理籽晶；

在所述刻蚀预处理籽晶的(100)面，微波等离子体辅助CVD生长单晶金刚石过渡层；

在所述单晶金刚石过渡层表面微波等离子体辅助CVD生长电子级金刚石。

优选的，所述单晶金刚石过渡层的厚度为10μm～100μm。

优选的，所述微波等离子体辅助CVD生长单晶金刚石过渡层包括：

排空生长腔内的氧气，所述生长腔内的等离子体为H₂等离子体，向所述生长腔内通入碳源气体进行微波等离子体辅助CVD生长单晶金刚石过渡层；

所述碳源气体和H₂的体积浓度比为0.1％～10％。