[发明专利]一种金刚石补偿性掺杂方法

说明书

本发明公开了一种金刚石补偿性掺杂方法，是通过控制在金刚石基片生长过程中，加入氮和硅元素，以促进金刚石基片表面（100）晶向基元的形成，同时修复金刚石基片表面缺陷，并且在合成得到金刚石单晶后，进一步对该金刚石晶体进行退火处理，以补偿金刚石晶体的缺陷，同时有效的调整晶体内部的能态结构，从而使得本发明能够获得高品质的金刚石晶体，另外，由于本发明仅需要在合成金刚石过程中加入含氮和含硅元素，同时对所合成的金刚石晶体进行退火处理，因此本发明制备金刚石晶体的方法简单易行，且能够以高成品率、快速生产高纯度的金刚石，从而有效解决了现有不能便捷地生产高纯度的金刚石的问题。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，特别是涉及一种金刚石补偿性掺杂方法。

背景技术

单晶金刚石材料在半导体、量子计算机、光学等高科技领域上具有广泛的应用，目前外延化学气相沉积法，能够合成高质量的单晶金刚石，被视为单晶金刚石合成的主要技术路线。但是外延化学气相沉积法制备超纯金刚石生长缓慢，且其对生产设备、生产原材料要求较高，所以如何简单且高效的生产高品质的金刚石成为现在亟待需要解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种金刚石补偿性掺杂方法，以解决现有技术中不能简单且高效地生产高品质的金刚石的问题。

本发明提供了一种金刚石补偿性掺杂方法，该方法包括：对预设金刚石单晶晶体进行预处理，得到预设晶向的金刚石基片，其中，所述预设晶向为（100）的晶体方向；将预处理后的金刚石基片置于金刚石等离子外延生长设备中，抽取真空，加入能量源、主体反应气体、碳源和辅助气体，并在预设生长条件下进行晶体生长，其中，所述预设生长条件为腔体气压压强5~30kPa,反应温度600~1350摄氏度；在晶体生长过程中，加入含氮气体和硅元素，通过加入所述含氮气体，以促进金刚石基片表面（100）晶向基元的形成，从而逐渐合成外延单晶金刚石层，并在其中形成了与氮元素相关的缺陷；并通过加入所述硅元素，实现同时掺入了与硅元素相关的缺陷结构；达到预设晶体合成时间后，对所合成的金刚石晶体进行退火处理，以得到将硅、氮相关的缺陷补偿的金刚石晶体。

可选地，所述对预设金刚石单晶晶体进行预处理，包括：对所述预设金刚石单晶晶体依次进行切割、表面机械研磨抛光、清洗处理、表面干燥处理和等离子体刻蚀处理，其中，所述清洗处理包括酸洗清洗处理、去酸洗杂质的超声波清洗处理和二次超声波清洗处理。

可选地，对所述预设金刚石单晶晶体进行切割，包括：

以获得最大（100）晶向使用面积为原则，对所述预设金刚石单晶晶体进行切割，切割得到满足预设晶向差异的金刚石单晶晶体；

对切割后的金刚石单晶晶体进行表面机械研磨抛光，包括：

对切割后的金刚石单晶晶体进行表面机械研磨抛光，以使得表面机械研磨抛光后的金刚石单晶晶体总体的表面（100）晶向偏差小于预设晶向偏差阈值；

对表面机械研磨抛光后的金刚石单晶晶体进行清洗处理，包括：

对表面机械研磨抛光后的金刚石单晶晶体在预设强酸中进行酸洗清洗处理，酸洗清洗处理完成后，在去离子水中使用超声波进行去酸洗杂质的超声波清洗处理，以去除掉在酸洗过程中产生的杂质，然后在预设溶剂中进行二次超声波清洗处理，以去除酸洗清洗和去酸洗杂质的超声波清洗处理处理过程中的处理溶质；

对清洗处理后的金刚石单晶晶体进行表面干燥处理，包括：

使用去湿压缩空气将金刚石单晶体表面吹干或在50~100度无尘烤箱对金刚石单晶体进行烘干；

对表面干燥处理后的金刚石单晶晶体进行等离子体刻蚀处理，包括：

对表面干燥处理后的金刚石单晶晶体进行等离子刻蚀处理，刻蚀温度为400-1200摄氏度，刻蚀时间为根据刻蚀气体组合和金刚石单晶晶体表面温度进行设定。