CN208379051U - 一种生长单晶金刚石的生长结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种生长单晶金刚石的生长结构，包括依次层叠设置的衬底、择优取向多晶金刚石层和单晶金刚石，解决了金刚石生长尺寸小，以及生长所得单晶金刚石内部应力大的问题。
Description
【技术领域】
本实用新型属于材料生长技术领域，具体涉及一种生长单晶金刚石的生长结构。
【背景技术】
金刚石是一种优异的半导体材料，在热、电、声、光等方面都具有优越的性能。其大的禁带宽度、导热系数、临界击穿场强、空穴和电子迁移率，使得金刚石非常适合制备高温、高频、高压、高功率电子电力器件；其超强的抗辐射能力，使得金刚石所制备的电力电子器件、MEMS等器件可以在非常苛刻的环境中工作；其大的透光性能和热导率，使得金刚石可以作为大功率激光和电磁波的输出窗口，可以使用在光学和电磁波传输领域。因此，金刚石材料在具有很高的使用潜力。
进二十年，微波等离子体化学气相淀积工艺作为制备单晶金刚石的主要工艺，使用2.45GHz(吉赫兹)微波源。单晶金刚石生长工艺一般为：工作压力50-300Torr(托)，温度700-1300℃(摄氏度)，功率500-5000W(瓦)。反应气体主要是甲烷、氢气和氮气。通过调节温度、气体组分及等离子体功率密度等条件来实现择优取向多晶金刚石和单晶金刚石的生长。
目前，使用微波等离子体化学气相淀积系统制备单晶金刚石分为同质外延和异质外延两种。同质外延中，使用金刚石作为衬底，这种方法制备的金刚石质量高，缺陷少，但是，缺点是该方法制备的金刚石尺寸小，不能满足超大规模集成电路的需求；异质外延中，一般使用金属铱，进行图形化横向外延生长，这种方法制备的金刚石尺寸大，但是，缺点是该方法制备的金刚石质量差，无法满足其在热、电、声、光等方面的应用。因此需要一种可以在不同材质衬底上生长出高质量单晶金刚石的方法。
【实用新型内容】
本实用新型的目的是提供一种生长单晶金刚石的生长结构，以解决金刚石生长尺寸小，以及生长所得单晶金刚石内部应力大的问题。
本实用新型所采取的技术方案是一种单晶金刚石生长结构，生长结构为依次层叠设置的衬底、择优取向多晶金刚石层和单晶金刚石；
生长结构采用以下步骤制得：在清洗过的衬底表面生长一层具有择优取向多晶金刚石层，在择优取向多晶金刚石层上继续生长单晶金刚石，得到单晶金刚石。
进一步的，择优取向多晶金刚石层的择优晶向为<100>或<110>或<111>。
进一步的，择优取向多晶金刚石层的厚度大于1nm。
进一步的，衬底表面粗糙度小于100μm。
本实用新型具有以下有益效果：在衬底上生长出择优取向多晶金刚石层，然后在该多晶金刚石层上生长出单晶金刚石。这使得单晶金刚石可以在不同尺寸衬底上生长，并且这种方法得到的单晶金刚石质量要高于直接外延所得到的单晶金刚石质量，内部的应力小且分布均匀，为单晶金刚石的制备提供了一种新的方法。
【附图说明】
图1为本实用新型一种生长单晶金刚石的生长结构中衬底结构示意图；
图2为本实用新型一种生长单晶金刚石的生长结构中在衬底上生长出择优取向多晶金刚石层的示意图；
图3为本实用新型一种生长单晶金刚石的生长结构中在衬底上生长出择优取向多晶金刚石层和单晶金刚石的示意图。
其中，1.衬底；2.择优取向多晶金刚石层；3.单晶金刚石。
【具体实施方式】
下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理做进一步说明。
本实用新型提供了一种生长单晶金刚石的生长结构，包括依次层叠设置的衬底1、择优取向多晶金刚石层2和单晶金刚石3。其中，择优取向多晶金刚石层2的择优晶向为<100>或<110>或<111>，择优取向多晶金刚石层的厚度大于1nm。
如图1-图3，该生长结构按照以下步骤依次进行：
步骤1、在清洗过的衬底1表面生长一层具有择优取向多晶金刚石层2；
步骤2、在择优取向多晶金刚石层2上继续生长单晶金刚石3，得到单晶金刚石。
其中，择优取向多晶金刚石层2的择优晶向为<100>或<110>或<111>。择优取向多晶金刚石层2的厚度大于1nm。
步骤1中，在衬底1表面生长择优取向多晶金刚石层2的方法可以利用微波等离子体化学气相淀积法，其生长条件可以为：气体总流量500sccm，甲烷流量0-200sccm，腔压为50Torr，功率600W，温度600-1300℃。
步骤2中，在择优取向多晶金刚石层2上生长单晶金刚石3可以利用微波等离子体化学气相淀积法，其生长条件可以为：气体总流量500sccm，甲烷流量0-200sccm，腔压为50Torr，功率600W，温度600-1300℃。
衬底1可以选用<100>单晶金刚石或其它任意材质，使用标准的酸碱洗工艺对衬底1进行清洗，除去表面的非金刚石相，然后使用酒精、丙酮、去离子水对衬底1进行清洗，最后使用氮气吹干衬底1。衬底1表面粗糙度小于100μm。
实施例
1)衬底1选用<100>单晶金刚石，使用标准的酸碱洗工艺对衬底1进行清洗，除去表面的非金刚石相，然后使用酒精、丙酮、去离子水对衬底1进行清洗，使用氮气吹干衬底1，如图1所示。
2)使用微波等离子体化学气相沉积技术在衬底1上生长一层200nm厚，择优取向为<100>的多晶金刚石层2，如图2所示。生长条件为：气体总流量500sccm，甲烷流量0-200sccm，腔压为50Torr，功率600W，温度600-1300℃。
3)具有择优取向多晶金刚石层2生长结束后，改变微波等离子体化学气相沉积工艺，开始生长单晶金刚石3，如图3所示。生长条件为：气体总流量500sccm，甲烷流量0-200sccm，腔压为50Torr，功率600W，温度600-1300℃。
现有技术中认为，单晶金刚石通常是在单晶金刚石上外延生长出来的，而多晶金刚石上是无法生长单晶金刚石的。但是经过研究发现，在择优取向多晶金刚石层2上，并且在特定的生长条件下，可以生长出单晶金刚石3。且通过这种生长单晶金刚石的方法所得到的单晶金刚石，其质量要远高于通过直接外延所得到的单晶金刚石质量，且制得的单晶金刚石内部的应力小且分布均匀，所以说本实用新型为单晶金刚石的制备提供了一种新的方法。
Claims (1)
1.一种生长单晶金刚石的生长结构，其特征在于，所述生长结构为依次层叠设置的衬底(1)、择优取向多晶金刚石层(2)和单晶金刚石(3)；
其中，所述的择优取向多晶金刚石层(2)的择优晶向为<100>或<110>或<111>，所述的择优取向多晶金刚石层(2)的厚度大于1nm，所述的衬底(1)表面粗糙度小于100μm。
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| CN201820518712.6U CN208379051U (zh) | 2018-04-12 | 2018-04-12 | 一种生长单晶金刚石的生长结构 |
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| CN208379051U true CN208379051U (zh) | 2019-01-15 |
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2018
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