CN110998796A - 掺杂金刚石半导体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本文中公开一种掺杂金刚石半导体和使用激光的制造方法。如所公开的，可将掺杂物和/或金刚石或蓝宝石晶种材料添加到定位于限制层下方的基于石墨的烧蚀层，所述烧蚀层也是基于石墨的且定位于背衬层上方，以通过激光束作用于所述烧蚀层来促使形成具有所需半导体性质的金刚石颗粒。可将掺杂物并入到工艺中以激活寻求产生适用于产生掺杂半导体或掺杂导体的材料的反应，所述掺杂半导体或所述掺杂导体适合于调节所产生的所述材料的电气、热或量子性质的目的。如所公开的，由机器或所公开的限制型脉冲激光沉积的方法形成的所述金刚石颗粒可布置为半导体、电气组件、热组件、量子组件和/或集成电路。

Description

掺杂金刚石半导体及其制造方法
相关申请的交叉引用：
本申请案要求2017年12月8日申请的待决的美国实用性非临时专利申请案15/836,570和2017年6月19日申请的待决的美国实用性非临时专利申请案第15/627,426号的权益，所有申请案以全文引用的方式并入本文中。
背景技术-技术领域
各种各样的半导体装置用作基本电子建构区块以形成从计算机到蜂窝电话、家庭娱乐系统以及汽车控制系统的电子装置。其它装置使用半导体以用于与计算或处理功率不相关的目的，例如音频放大器、工业控制系统以及用于其它这类目的。
调制解调器半导体通常基于硅，用添加掺杂物来改变其电性质。例如，用磷掺杂硅产生过剩的电子，从而由于硅中不存在第五个价电子而是仅具有四个价电子而导致产生n型半导体材料。类似地，用硼掺杂硅产生具有过剩“空穴”或不存在电子的p型硅，这是因为硼仅具有三个价电子，这比硅少一个。
当n型硅和p型硅彼此接触时，电流在一个方向上比在另一方向上更容易地流过会合处。可以组装n型材料和p型材料的更复杂配置以形成不同类型的晶体管、集成电路以及其它电子设备。
但某些半导体装置的性能受所使用的半导体材料中固有的性质限制。例如，处理器的速度受到可以在构成处理器集成电路的晶体管和其它装置中耗散的功率量限制，所述装置在操作过快的情况下可能几乎熔化。尺寸的减小同样受限，这是因为随着将耗散一定功率量的更多晶体管封装到更小区域中，某一区域中耗散的热量增大。甚至用于高频率、大功率应用的简单装置例如二极管也受功率限制影响，这是因为个体晶体管或二极管的实际大小通常极小。需要实现更大功率耗散和更高半导体装置密度的半导体装置以提供更高性能、更小的电气装置。如所公开的，掺杂金刚石半导体提供可实现更大功率耗散和更高半导体装置密度的一种半导体类型。另外，使用本文公开的方法(包含通过激光烧蚀)掺杂金刚石半导体和基于那些掺杂金刚石半导体的集成电路的制造可以极低成本产生，促进广泛采用并替代传统基于硅的半导体。在其它实施例中，可在激光烧蚀之前掺杂石墨材料以操控热性质或量子状态性质或两者，其中激光烧蚀的掺杂石墨材料是改进的热导体或实现所产生金刚石结构的量子状态特征。
现有技术
用于制造掺杂金刚石半导体的本公开通常旨在完全使所属领域的一般技术人员能够实现，且并非旨在将本发明的广度或权利要求的范围限制于任何一种特定掺杂金刚石半导体，这是因为本公开可用于制造适用于制造如电子装置中通常发现的集成电路的任何掺杂金刚石半导体。以下美国专利提供关于掺杂金刚石半导体的额外论述和公开且以全文引用的方式并入本文中：
1.美国专利第8,933,462号，名称为“制造金刚石半导体的方法和根据所述方法形成的金刚石半导体(Method of Fabricating Diamond Semiconductor and DiamondSemiconductor formed according to the Method)”；
2.美国专利第8,735,907号，名称为“用于半导体金刚石装置的欧姆电极(OhmicElectrode for Use in Semiconductor Diamond Device)”；
3.美国专利第8,237,170号，名称为“肖特基金刚石半导体装置和用于金刚石半导体装置的肖特基电极的制造方法(Schottky Diamond Semiconductor Device andManufacturing Method for ASchottky Electrode for Diamond SemiconductorDevice)”；
4.美国专利第8,158,455号，名称为“硼掺杂金刚石半导体(Boron-doped diamondsemiconductor)”；
5.美国专利第5,254,237号，名称为“用于产生金刚石半导体装置的等离子体电弧设备(Plasma Arc Apparatus for Producing Diamond Semiconductor Devices)”；
6.美国专利第5,254,237号，名称为“用于产生金刚石半导体装置的等离子体电弧设备(Plasma arc apparatus for producing diamond semiconductor devices)”；前述参考文献出于启用的目的包含于本文中且可以完全或部分地针对其在本公开的实施方案中的教导而被要求保护且以引用的方式完全并入本文中。申请人在本文中包含多个参考并不是承认任何特定参考或多个参考(单独或组合)是必需相关的或预测或使本公开显而易见的。
发明内容
公开使用激光的掺杂金刚石半导体和导体的制造，且特别是使用激光来烧蚀一定量的基于碳的起始材料，以及在基于碳的起始材料附近具有或不具有材料，以及具有或不具有定位于上部透明限制层与下部背衬平面之间的各种掺杂材料(掺杂物)和/或晶种材料(金刚石或蓝宝石)，基于碳的起始材料布置于其中以形成适用于产生在将激光施加到基于碳的起始材料时具有适用于计算机应用的量子状态特征的电气组件、集成电路、热导体或材料的基于金刚石的半导体或导体。如所公开的，制造掺杂金刚石半导体的基于激光的方法允许精细控制结晶生长。出于本公开的目的，掺杂物(掺杂材料)出于与其在基于硅的半导体中用于载流子生成(generation)/形成(creation)的目的类似的目的而添加，因为刻意掺杂将杂质引入到中用于调节其电性质的目的。杂质取决于半导体类型及出于其既定目的需要具有的性质。轻度和中度掺杂半导体被称作非本征半导体。掺杂到如此高水准以至于其更类似于导体而非半导体的半导体被称作简并半导体。如本文中所公开的，可能掺杂材料(掺杂物)可包含但不限于(restriction或limitation)以下：硼、铝、氮、镓、铟、磷、磷化氢气体、砷、锑、铋、锂、锗、硅、氙、金、铂、砷化镓、碲、硫、锡、锌、铬、磷化镓、镁、碲化镉、氯、钠、硫化镉、碘、氟，其各自以任何调配形式单独或与前述元素中的任一个组合起作用以激活寻求产生适用于产生半导体或导体的材料的反应，所述半导体或所述导体适合于调节所产生的材料或组件的电气、热或量子状态性质。氮对于量子计算应用和衬底可具有特定价值。所属领域的技术人员将了解，当使用掺杂物通过这一工艺操控热性质或量子状态性质时，其中氮将会是掺杂物，所得金刚石材料并不按照定义是金刚石半导体，但代替地是适用于量子计算的热导体或衬底，正如本文将进一步论述的。美国专利第8,939,107号和第8,499,599号由于与使用激光将碳颗粒转化为金刚石颗粒的使用和方法有关而以引用的方式并入本文中。前述美国专利出于启用的目的包含于本文中且可以完全或部分地针对其在本公开的实施方案中的教导而被要求保护且以引用的方式完全并入本文中。申请人在本文中包含多个参考文献并不是承认任何特定参考文献或多个参考文献(单独或组合)是必需相关的或预测或使本公开显而易见的。
附图说明
并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出实施例，且连同说明书一起用于解释并示出如本文中所公开的金刚石掺杂半导体和制造方法(下文中仅称为“金刚石掺杂半导体方法(Diamond Doped Semiconductor Method)”)的原理。
图1是如以引用的方式并入本文中的美国专利第8,939,107号中教示的示范性限制型脉冲激光沉积设置的示意图。
图2是使用激光的将掺杂材料添加到石墨颗粒的金刚石相碳的形成过程的示意图。
图3是使用激光的将掺杂材料添加到石墨颗粒的金刚石相碳的形成过程的示意图，其中多个结晶颗粒形成为2D和/或3D晶格或矩阵状结构作为所述过程的输出。
图4是使用激光的将掺杂材料和金刚石晶种材料添加到石墨颗粒的金刚石相碳的形成过程的示意图，其中多个结晶颗粒形成为2D和/或3D晶格或矩阵状结构作为所述过程的输出。
图5是使用激光的将掺杂材料和金刚石晶种材料添加到石墨颗粒的金刚石相碳的形成过程的示意图。
图6是使用激光的将掺杂材料和金刚石以及用于晶种材料的其它材料添加到石墨颗粒的金刚石相碳的形成过程的示意图，且其中多个结晶颗粒形成为2D和/或3D晶格或矩阵状结构作为所述过程的输出。
图7提供可通过本公开制造的通常被称为CMOS电路的电气组件的示意性实施例的俯视图。
具体实施方式-元件列表
Figure BDA0002385566500000041
Figure BDA0002385566500000051
Figure BDA0002385566500000061
具体实施方式
在公开并描述本发明掺杂金刚石半导体和其制造方法100之前，应理解，掺杂金刚石半导体和其制造方法100不限于具体方法、具体组件或特定实施方案。还应理解，本文所使用的术语仅出于描述具体实施例的目的，并且并不意图作为限制。
如在说明书和所附权利要求书中所用的，除非上下文另外明确规定，否则单数形式“一(a/an)”和“所述(the)”包含多个指示物。范围在本文中可以表达为从“约”一个特定值和/或到“约”另一个特定值。当表达这样的范围时，另一个实施例包含从一个特定值和/或到另一个特定值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，应理解，所述特定值形成另一个实施例。应进一步应理解，每个范围的端点在与另一端点相关以及独立于另一端点的情况下都是有效的。
“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情形可能发生或可能不发生，并且所述描述包含所述事件或情形发生的情况以及所述事件或所述情形不发生的情况。
在整个本说明书的具体实施方式和权利要求书中，词语“包括(comprise)”和所述词语的变化形式，例如“包括(comprising)”和“包括(comprises)”意味着“包含但不限于”且不意图排除例如其它组分、整数或步骤。“示范性”意谓“……的实例”且并不意欲传递优选或理想的实施例的指示。“例如”并不用于限制性意义，而是用于解释性目的。公开了可以与所公开的掺杂金刚石半导体和其制造方法100一起使用的至少一个实施例的组件和方法。本文公开这些和其它组件，且应了解，当公开这些组件的组合、子集、相互作用、群组等等时，尽管可能未明确公开这些组件的每一不同个体和集体组合以及排列的具体参考物，但各自都在本文中得到了特别的考虑和描述，用于掺杂金刚石半导体和其制造方法100的所有潜在实施例。这适用于本申请的所有方面，包含但不限于掺杂金刚石半导体和其制造方法100的组分。因此，在存在可添加的各种额外组分的情况下，应了解，可通过掺杂金刚石半导体和其制造方法100的任何具体实施例或实施例的组合来添加这些额外组分中的每一个。本发明掺杂金刚石半导体和其制造方法100可通过参考以下对实施例和包括在其中的示例的详细描述以及附图及其之前和以下描述而更容易地理解。
根据以引用的方式并入本文中的美国专利第8,939,107号在图1中示出限制型脉冲激光沉积的概念。支架(未绘示)固定到包含背衬板10、烧蚀层12以及透明限制层14的样本组件8。支架通过包夹在背衬板10与限制层14之间的烧蚀层将背衬板10夹持到限制层14。烧蚀层12可以是石墨29、金属33或可吸收激光能量的其它薄膜涂层。限制层14可由对激光透明的不同材料制成，所述材料例如玻璃或蓝宝石。如所使用的，在图2到图6处描述的过程中，透明限制层14可以由对激光透明的不同材料制成，包含足够大小和/或深度的石墨颗粒层以充当充足限制层来在限制型脉冲激光沉积后支持金刚石半导体材料的产生。如本文所用的，石墨颗粒的大小的范围可从“纳米(nano)”到“微米(micro)”到“宏观(macro)”，这是因为石墨颗粒的大小设计是所属领域的技术人员已知的。另外，应了解，具体应用将决定最合适的石墨颗粒大小。在限制型脉冲激光沉积后，烧蚀层12将转化成中期(metaphase)。支架可包含螺钉或其它固定机构以在限制层14与背衬板10之间提供紧密接触。图2到图6的过程可能不需要或要求支架。可优选地通过固定机构和/或通过插入分离器(例如铝箔)来调整限制层14与烧蚀层12之间的空间。可将样本组件8放置在XYZ载物台28上，所述XYZ载物台28可将样本组件8定位在所需位置中。
产生压力的机理类似于激光冲击硬化的机理，其是用于高压加工金属组件的熟知技术。在操作中，引导激光束20穿过控制激光束20的最终光斑大小的聚焦透镜24。可选地，可将光束扩散器、整形器或掩模22放置于激光束20的光学路径中以使得激光束20的强度分布更均匀。当激光束20发射穿过透明限制层14并辐照烧蚀层12的目标26时，烧蚀层12气化且离子化成热等离子体。离子化等离子气体受限制层14限制且产生较强冲击波，较强冲击波提供充足局部压力以从烧蚀层12合成中期。例如，当烧蚀层12是石墨涂层29时，产生充足局部压力以从石墨涂层合成金刚石相碳。所属领域的技术人员将了解，“涂层”并不意味着暗示大小且受限于特定应用，受限于特定应用和适用于特定应用的石墨涂层可以极薄(0.01cm，或极厚实，即2.0cm)，但不受限制。在其它实施例中，限制层14可以是石墨颗粒，其中烧蚀层包夹在背衬板10与限制层14之间。烧蚀层12还可以是单独或组合地包含石墨29和掺杂物30、金刚石晶种材料31、蓝宝石晶种材料32、金属33或其它薄膜涂层材料的混合物，所述混合物可吸收激光能量。可用于这一工艺中的金属可包含但限于铜、锌、钢、镍、金、银、铂、钛、氮化钛和钨以及其中的组合。
限制型脉冲激光沉积可具有优于其它合成技术的若干优势。例如，激光源20可高度可控且可再现，且可以容易地改变操作情况。限制型配置中的激光诱发性压力是常规脉冲激光沉积中的压力的四到十倍大。聚焦透镜24和XYZ载物台28允许谨慎的控制烧蚀层12的目标区域26以被激光束20照射。这一技术可与其它技术组合使用，例如通过添加另一激光以用于加热，将掩模插入到激光束中以用于图案化，或利用其它大气环境进行保护。(未绘示)
如本文所定义，掩模22可以是掩模集合或光掩模集合，其是限定用于如本文中通常理解且进一步公开的半导体制造步骤的几何形状的一系列电子数据。由这一数据产生的实际掩模中的每一个通常被称作光掩模。如所属领域的一般技术人员所知，用于现代工艺的掩模集合含有多个掩模，可达二十或大于二十个掩模，其中的每一个限定半导体制造工艺中的一具体步骤。掩模的实例包含：p阱、n阱、有源、多晶硅(poly)、p-选择、n选择、接触金属、1,2,3。本发明所公开的方法和工艺可结合如现有技术中所理解的用于本公开的掩模，但不受限制。
限制型脉冲激光沉积的实际工艺可以用三个阶段进行描述。在第一阶段中，通过脉冲激光辐射烧蚀目标；石墨涂层立刻气化且产生持续吸收激光能量的密集等离子体羽流。等离子体羽流的加热和凝结使得包含集群、单一原子或离子的各种碳物种形成。这些碳物种的动能比热能高得多。随着等离子体压力转到其峰值，碳物种可聚集并通过碰撞或扩散形成碳集群。在第二阶段中，等离子体经历绝热冷却且在切断激光后维持施加的压力。第三阶段是绝热冷却重组等离子体直到其完全地冷却。
设备还可包含激光束20，所述激光束20通过透明限制层照射并烧蚀所述烧蚀涂层，且诱发限制层与背衬平面之间的高压以从烧蚀层合成中期。限制层和背衬平面限制烧蚀涂层以引起限制层与背衬平面之间的高压。在通常环境室温和压力下使用激光束20。限制层可由与烧蚀层相同的材料构成，其中限制层与烧蚀层之间的差异由功能而非材料组合物限定。随着光穿过上部层且烧蚀底层，可能由于光束聚焦于表面下，上部层可提供限制。
在另一实施例中，烧蚀涂层可以是转化成金刚石相碳的石墨涂层。烧蚀涂层还可以是金属或薄膜涂层。烧蚀涂层可含有掺杂物30和/或金刚石晶种材料31。设备还可包含聚焦透镜，其中引导激光束穿过聚焦透镜来控制激光束在烧蚀涂层上的最终光斑大小。设备还可包含光束扩散器或整形器，其中引导激光束穿过光束扩散器以使得激光束强度更加均匀。设备还可包含XYZ载物台来定位烧蚀涂层的所需目标区域26以被激光束照射。如对于以引用的方式并入本文中的美国专利第8,939,107号的参考所示出，激光束可具有小于约6GW/cm2或小于约4GW/cm2的强度。激光束可具有约568nm的激发波长。所属领域的技术人员将了解，激光强度决不限制于本文提供的范围且可以小于4GW/cm2或大于6GW/cm2(不受限制)以足以用于所寻求的金刚石相碳的性质。此外，具有约568nm的激发波长的激光束的使用仅出于说明性目的，且大于568纳米和/或小于568nm的其它激发波长经考虑且可不限制地使用以足以用于所寻求的金刚石相碳的性质。在一个实施例中，成功地使用1064nm的激发波长。一般来说，可使用任何波长的光，包含紫外光、红外和可见光。激光脉冲的宽度、脉冲数和入射到烧蚀层的每脉冲能量可以改变，其适合于特定应用，但不受限制。
图2提供使用激光的将掺杂材料添加到石墨颗粒的金刚石相碳的形成过程的示意图。如之前所公开的，可能掺杂材料(掺杂物)30可包含但不限于以下：硼、铝、氮、镓、铟、磷、磷化氢气体、砷、锑、铋、锂、锗、硅、氙、金、铂、砷化镓、碲、硫、锡、锌、铬、磷化镓、镁、碲化镉、氯、钠、硫化镉、碘、氟，其各自以任何调配形式单独或与前述元素中的任一个组合起作用以激活寻求产生适用于产生半导体或导体的材料的反应，所述半导体或所述导体适合于调节所产生的材料的电气、热或量子性质。所属领域的技术人员将了解，当使用掺杂物通过这一工艺来操控热性质或量子状态性质时，所得的金刚石材料并不限定金刚石半导体，正如本文将进一步论述的。如针对量子计算应用和衬底所使用，所得掺杂金刚石材料是用于量子计算机的N-V中心。氮(N)将会是掺杂物。将存在二次操作以实现空缺(V)。掺杂碳石墨烯以操控热性质同样不是半导体而是同位素纯cl2或cl3金刚石。
图3是使用激光的将掺杂材料添加到石墨纳米颗粒的金刚石相碳的形成过程的示意图，其中多个结晶颗粒形成为2D和/或3D晶格或矩阵状结构作为所述过程的输出。
图4是使用激光的将掺杂材料和金刚石晶种材料添加到石墨颗粒的金刚石相碳的形成过程的示意图，其中多个结晶颗粒形成为2D和/或3D晶格或矩阵状结构作为所述过程的输出。
图5是使用激光的将掺杂材料和金刚石晶种材料添加到石墨颗粒的金刚石相碳的形成过程的示意图。
图6是使用激光的将掺杂材料和金刚石以及用于晶种材料的其它材料添加到石墨纳米颗粒的金刚石相碳的形成过程的示意图，且其中多个结晶颗粒形成为2D和/或3D晶格或矩阵状结构作为所述过程的输出。
用于在如图2到图6所建议的通常环境室温和压力下进行限制型脉冲激光沉积的设备还可包含具有以下的设备：背衬平面10、放置在背衬平面上的烧蚀涂层12和定位于背衬平面10上的透明限制层14，其中烧蚀涂层12包夹在背衬平面10与透明限制层14之间。透明限制层14还可以是松散石墨颗粒，其对于所述工艺中使用的激光束20是透明的。可将掺杂材料(掺杂物)30添加到烧蚀层12，所述掺杂材料还可以是松散石墨颗粒，类似于透明限制层14中的那些掺杂材料。另外，掺杂材料(掺杂物)30可在激光束20在形成烧蚀层12的材料中作用之前添加到其中，以通过聚焦在烧蚀层12内的目标区域26上的激光束20的作用来促使形成具有所需半导体性质的金刚石颗粒。另外，如图2到图6中所示，金刚石晶种材料32可在激光束20在形成烧蚀层12的材料中作用之前添加到其中，以通过激光束20的作用于烧蚀涂层12上来促使形成具有所需半导体性质的金刚石颗粒。
图7是可以通过当前工艺产生的电气组件40的示意性俯视图。如所示出，在不限制的情况下，可通过本发明方法产生的一个电气组件40将是CMOS反相器。如所示出的，绝缘体34、掺杂金刚石半导体35以及导体37电连接，处于单一平面中且一体地形成以跨电气组件传输电信号。如所示出的，在不偏离本工艺的情况下，绝缘体34主要是金刚石但可以通过包含氧化硅(Si02)的其它组分制得，特别是用于位于电气组件40的上部部分中的绝缘体。如所示出的，已通过所述工艺布置掺杂金刚石半导体35的结构以按照CMOS反相器设计的要求进行，包含用于N(负型)35a、N(正型)35b、P(正型)35c和P(负型)35d的位置。另外，通常由金属构成的多个导体37定位于电气组件40内且接近或邻接主要定义为绝缘体34的第一部分、由掺杂金刚石半导体35形成且构成的第二部分中的任一个，其中第一部分和第二部分电连接，处于单一平面中且一体地形成以跨电气组件40传输电。所属领域的技术人员将了解，使用单一平面中的第一部分和第二部分的本文所述的工艺的一体形成允许第一部分和第二部分接近且邻接而不需应用作为层。
尽管未示出，但所属领域的技术人员将了解，可使用这一工艺产生任何数目和组合的电气组件40，所述电气组件40包含子组件，所述子组件包含电阻器、晶体管、电容器、反相器(已绘示)、电感器或二极管和或其中的组合，以产生具有电连接且定位于单一平面中以跨电气组件40传输电的多个子组件的整合式电气组件。总之，电气组件的组合可一起形成为集成电路38(未示出)。尽管未示出，但电阻器可以通过由金刚石形成和构成的至少第一部分(第一部分主要定义为绝缘体34)和由掺杂金刚石半导体35形成和构成的至少第二部分(所述第二部分主要定义且配置成导体37)产生，且其中第一部分和第二部分电连接，处于单一平面中且一体地形成以跨电气组件40传输电。
另一电气组件40(未示出)可通过由金刚石形成和构成的至少第一部分(第一部分主要定义为绝缘体34)和接着由石墨29形成和构成的至少第二部分(第二部分主要定义为导体37)以及由掺杂金刚石半导体35形成和构成的至少第三部分(第三部分主要定义为半导体)形成，其中第一部分、第二部分和第三部分一体地形成且一起起作用以跨电气组件40传输电信号。在电气组件的另一实施例中，金属可以存在于第二部分中并主要地用作导体37。
所属领域的技术人员将了解，本工艺通过允许石墨烯充当导体、金刚石充当绝缘体以及掺杂金刚石充当半导体来允许产生电气组件、集成电路或微芯片。通过激光点大小的精确度控制这些元件的能力使得能够精确控制特征。对于量子计算机制造的掺杂可使用氮作为掺杂材料而不需排除或限制适用作掺杂物的其它材料来进行用于适用于量子计算机应用的N-V中心类型操作，其中氮(N)可以是与其它二次操作的掺杂物以实现空缺(V)。
已描述优选实施例，掺杂金刚石半导体和其制造方法的其它特征对于精通此项技术的人员是毫无疑问的，如本文中所示出的实施例将进行众多修改和改变，但所有修改和改变可在不脱离本文公开的掺杂金刚石半导体和其制造方法的精神和范围的情况下实现。因此，本文中描画且描述的方法和实施例仅出于说明性目的，且本公开的范围延伸到用于在掺杂金刚石半导体和其制造方法的使用和产生中提供增强功能性和寿命的所有方法和/或结构。此外，除非下文权利要求中如此规定，否则本文中描画且描述的方法和实施例决不局限于使用的掺杂金刚石半导体和其制造方法的范围。
应注意，掺杂金刚石半导体和其制造方法不限于本文中描画且描述的具体实施例，而是旨在应用于所有类似设备和方法以提供掺杂金刚石半导体和其制造方法的多个益处和/或特征。所属领域的技术人员在不偏离掺杂金刚石半导体和其制造方法的精神和范围的情况下将进行所描述实施例的修改和改变。应了解，如本文中所公开的掺杂金刚石半导体和其制造方法延伸到所提及个体特征中的一个或多个的所有替代组合，根据文本和/或附图和/或本身公开显而易见。所有这些不同组合构成掺杂金刚石半导体和其制造方法和/或组件的多个替代方面。本文中所描述的实施例解释已知用于实践掺杂金刚石半导体和其方法和/或组件的最佳模式且将使得所属领域的其它技术人员能够利用所述最佳模式。权利要求应解释为包含现有技术准许程度的替代实施例。
虽然已结合优选实施例和具体实例描述掺杂金刚石半导体和其制造方法，但其不表示范围限于所阐述特定实施例，因为本文中的实施例意欲在所有方面中为示意性而非限定性的。
除非另外明确陈述，否则决不意图将本文所阐述的任何方法解释为要求以特定次序进行其步骤。因此，在方法权利要求项实际上并未列举其步骤所遵循的次序或并未在权利要求书或说明书中另外具体陈述步骤应限于具体次序的情况下，在任何方面绝不旨在推断次序。这适用于任何可能的非明确解释基础，包含但不限于：关于步骤安排或操作流程的逻辑问题；由语法组织或标点符号得出的简单含义；说明书中所描述的实施例的数目或类型。
所属领域的技术人员将显而易见，在不脱离精神或范围的情况下可进行各种修改和变化。通过考虑本文公开的说明书和实践，其他实施例对于所属领域的技术人员将是显而易见的。说明书和实例旨在仅被视为说明性的，其中真实范围和精神由所附权利要求书来指示。

Claims (26)

1.一种用于制造电气组件的限制型脉冲激光沉积方法，包括：
a)将烧蚀涂层放置在透明限制层与背衬平面之间，其中所述烧蚀涂层由石墨颗粒和掺杂材料构成；
b)引导激光束穿过所述透明限制层以在通常环境温度和压力下照射并烧蚀所述烧蚀涂层；
c)使用所述激光束使所述烧蚀涂层气化成氧化等离子气体；
d)使用所述限制层来限制气化的所述烧蚀涂层以在所述限制层与所述背衬平面之间产生激光诱发性压力；且
e)使用所述限制层与所述背衬平面之间的所述激光诱发性压力从所述烧蚀涂层合成中期，从而在其中形成电气组件，所述电气组件进一步包括：
i.至少第一部分，其由金刚石形成且由金刚石构成，所述第一部分主要定义为绝缘体；
ii.至少第二部分，其由石墨形成且由石墨构成，所述第二部分主要定义为导体；
iii.至少第三部分，其由掺杂金刚石形成且由掺杂金刚石构成，所述第三部分主要定义为半导体；
iv.其中所述第一部分、所述第二部分以及所述第三部分电连接，处于单一平面中且一体地形成以跨所述电气组件传输电信号。
2.根据权利要求1所述的用于制造电气组件的限制型脉冲激光沉积方法，其中金属化合物存在于所述第二部分中。
3.根据权利要求1所述的用于制造电气组件的限制型脉冲激光沉积方法，形成为电阻器、晶体管、电容器、反相器、电感器或二极管或其中的组合。
4.根据权利要求2所述的用于制造电气组件的限制型脉冲激光沉积方法，形成为电阻器、晶体管、电容器、反相器、电感器或二极管或其中的组合。
5.根据权利要求1所述的用于制造电气组件的限制型脉冲激光沉积方法，形成为电阻器、晶体管、电容器、反相器、电感器或二极管或其中的组合，且多个所述电气组件进一步装配以形成集成电路。
6.根据权利要求1所述的用于制造电气组件的限制型脉冲激光沉积方法，其中所述烧蚀涂层包含金属。
7.根据权利要求1所述的用于制造电气组件的限制型脉冲激光沉积方法，其中所述掺杂材料选自选自包括以下的组：硼、铝、氮、镓、铟、磷、磷化氢气体、砷、锑、铋、锂、锗、硅、氙、金、铂、砷化镓、碲、硫、锡、锌、铬、磷化镓、镁、碲化镉、氯、钠、硫化镉、碘、氟，其各自以任何调配形式单独或与前述元素中的任一个组合起作用以激活寻求产生适用于产生掺杂半导体或掺杂导体的材料的反应，所述掺杂半导体或所述掺杂导体适合于调节所产生的所述材料的电气、热或量子性质的目的。
8.一种电气组件，包括：
a)至少第一部分，其由金刚石形成且由金刚石构成，所述第一部分主要定义为绝缘体；
b)至少第二部分，其由石墨形成且由石墨构成，所述第二部分主要定义为导体；
c)至少第三部分，其由掺杂金刚石形成且由掺杂金刚石构成，所述第三部分主要定义为半导体；
d)其中所述第一部分、所述第二部分以及所述第三部分电连接，处于单一平面中且一体地形成以跨所述电气组件传输电信号。
9.根据权利要求8所述的电气组件，其中所述第一部分、所述第二部分以及所述第三部分是非分层的。
10.根据权利要求8所述的电气组件，其中所述第一部分、所述第二部分以及所述第三部分在所述单一平面中彼此邻接。
11.根据权利要求8所述的电气组件，其中所述第一部分、所述第二部分以及所述第三部分可以在所述单一平面中彼此邻接。
12.根据权利要求8所述的电气组件，其中金属化合物存在于所述第二部分中。
13.根据权利要求8所述的电气组件，所述电气组件形成为电阻器、晶体管、电容器、反相器、电感器或二极管或其中的组合。
14.根据权利要求9所述的电气组件，所述电气组件形成为电阻器、晶体管、电容器、反相器、电感器或二极管或其中的组合。
15.根据权利要求8所述的电气组件，所述电气组件形成为电阻器、晶体管、电容器、反相器、电感器或二极管或其中的组合，且多个所述电气组件进一步装配以形成集成电路。
16.根据权利要求8所述的电气组件，所述电气组件形成以用于调节所述电气组件的电气、热或量子性质的目的。
17.根据权利要求8所述的电气组件，所述电气组件形成以用于调节连接所述电气组件的电路的电气、热或量子性质的目的。
18.一种电气组件，其包括：
a)至少第一部分，其由金刚石形成且由金刚石构成，所述第一部分主要定义为绝缘体；
b)至少第二部分，其由掺杂金刚石形成且由掺杂金刚石构成，所述第二部分主要定义为导体；
c)其中所述第一部分和所述第二部分电连接，处于单一平面中且一体地形成以跨所述电气组件传输电。
19.根据权利要求16所述的电气组件，其中所述电气组件是电阻器。
20.根据权利要求16所述的电气组件，其中第三部分由掺杂金刚石形成且由掺杂金刚石构成，所述第三部分主要定义为半导体，且其中所述第一部分、所述第二部分以及所述第三部分处于单一平面中，一体地形成且电连接以跨所述电气组件传输电。
21.根据权利要求17所述的电气组件，其中第四部分由金属形成且由金属构成，所述第四部分主要定义为导体，其中所述第四部分与所述第一部分、所述第二部分以及所述第三部分电连接并一体地形成，处于与所述第一部分、所述第二部分以及所述第三部分相同的平面中以跨所述电气组件传输电。
22.根据权利要求16所述的电气组件，所述电气组件形成为电阻器、晶体管、电容器、电感器或二极管或其中的组合。
23.根据权利要求16所述的电气组件，所述电气组件形成为电阻器、晶体管、电容器、反相器、电感器或二极管或其中的组合，且多个所述电气组件进一步装配以形成集成电路。
24.一种限制型脉冲激光沉积方法，其包括：
a)将烧蚀涂层放置在透明限制层与背衬平面之间，其中所述烧蚀涂层由石墨颗粒和掺杂材料构成；
b)引导激光束穿过所述透明限制层以在通常环境温度和压力下辐照并烧蚀所述烧蚀涂层；
c)使用所述激光束使所述烧蚀涂层气化成氧化等离子气体；
d)使用所述限制层来限制气化的所述烧蚀涂层以在所述限制层与所述背衬平面之间产生激光诱发性压力；且
e)使用所述限制层与所述背衬平面之间的所述激光诱发性压力利用所述烧蚀涂层合成中期。
25.根据权利要求23所述的受限脉冲激光沉积方法，其中所述烧蚀涂层包含金属。
26.根据权利要求23所述的受限脉冲激光沉积方法，其中所述掺杂材料选自选自包括以下的组：硼、铝、氮、镓、铟、磷、磷化氢气体、砷、锑、铋、锂、锗、硅、氙、金、铂、砷化镓、碲、硫、锡、锌、铬、磷化镓、镁、碲化镉、氯、钠、硫化镉、碘、氟，其各自以任何调配形式单独或与前述元素中的任一个组合起作用以激活寻求产生适用于产生掺杂半导体或掺杂导体的材料的反应，所述掺杂半导体或所述掺杂导体适合于调节所产生的所述材料的电气、热或量子性质的目的。
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