JP3303135B2 - 埋め込み金属層を金属電極として持つ単結晶ダイヤモンド電子デバイスとその形成方法 - Google Patents

埋め込み金属層を金属電極として持つ単結晶ダイヤモンド電子デバイスとその形成方法

Info

Publication number
JP3303135B2
JP3303135B2 JP36898899A JP36898899A JP3303135B2 JP 3303135 B2 JP3303135 B2 JP 3303135B2 JP 36898899 A JP36898899 A JP 36898899A JP 36898899 A JP36898899 A JP 36898899A JP 3303135 B2 JP3303135 B2 JP 3303135B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diamond
single crystal
metal layer
metal
electronic device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP36898899A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2001185496A (ja
Inventor
徳之 寺地
聡 小泉
久生 神田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute for Materials Science
Original Assignee
National Institute for Materials Science
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute for Materials Science filed Critical National Institute for Materials Science
Priority to JP36898899A priority Critical patent/JP3303135B2/ja
Publication of JP2001185496A publication Critical patent/JP2001185496A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3303135B2 publication Critical patent/JP3303135B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ダイヤモンドの
任意の位置に任意の数の金属薄膜を挿入した単結晶ダイ
ヤモンド電子デバイスおよびその形成方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術とその課題】従来、金属上に堆積させたダ
イヤモンドはすべて多結晶薄膜であった。そのため、単
結晶ダイヤモンド上に金属を堆積させ、続いてダイヤモ
ンドを堆積するという方法では、金属層を挟み込むダイ
ヤモンドが多結晶である、という問題がある。
【0003】また、単結晶ダイヤモンド上に金属を堆積
させ、続いてダイヤモンドを堆積する場合、堆積される
ダイヤモンドの結晶性が下地である金属層の元素種や結
晶方位、結晶性に大きく依存するため、使用する金属が
制限される。
【0004】金属原子を単結晶ダイヤモンドにイオン打
ち込みすることにより埋め込み金属層を形成することも
できるが、その場合にはイオンが通過した領域のダイヤ
モンドに高密度の欠陥が発生し、特に打ち込みイオンの
数が多い場合にはグラファイトに変性してしまう問題を
有している。
【0005】また、イオン打ち込みにより金属層を作製
する場合、表面より深い位置では薄い金属層を形成する
ことができず、更に金属層とダイヤモンドの境界が急峻
でなくなる、という問題を有している。
【0006】金属を堆積させた単結晶ダイヤモンド同士
を張り合わせることにより埋め込み金属層を形成する場
合、張り合わせるために必要な加熱処理によりダイヤモ
ンドの一部がグラファイトへ変性してしまう、という問
題を有している。また、この方法では、炭化層や炭素の
固溶体を形成しない金属を埋め込み金属に使用した場
合、張り合わせ部の密着性が低いという本質的な問題を
有している。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に関わる単結晶ダ
イヤモンドは、ダイヤモンド単結晶内部に埋め込み金属
層を有していることを特徴とする。
【0008】本発明に関わる単結晶ダイヤモンドの形成
方法は、ダイヤモンド単結晶上にダイヤモンドのラテラ
ル成長距離以下の巾をもつ金属層を堆積させ、この金属
層上にラテラル成長が主となる条件においてダイヤモン
ドを堆積させることによりダイヤモンド単結晶内部に埋
め込み金属層を形成することを特徴とする。
【0009】ラテラル成長距離とは、金属膜表面上にお
いてダイヤモンドの構成元素である炭素を有する分子及
びそのラジカルが、金属表面に飛来してから、その運動
を停止するまでに移動した距離を意味し、この距離は、
金属の種類、金属薄膜表面温度、ダイヤモンド成長時の
圧力、水素に対する炭素を有する分子及びそのラジカル
の濃度、水素に対する炭素以外の分子及びラジカルの濃
度、ダイヤモンドの面方位に大きく依存する。金を使用
し、その温度を900℃、圧力を100Torr、水素
に対する炭素濃度を1%、リンの濃度を0.002%、
ダイヤモンドの面方位を[100]とした場合のラテラル
成長距離は約10μmである。
【0010】ラテラル成長が主となる条件とは、ダイヤ
モンドの面に対して垂直方向へのダイヤモンド成長速度
より、ダイヤモンドの面に対して平行方向へのダイヤモ
ンド成長速度の方が大きくなるときのダイヤモンドの成
長条件を意味し、ダイヤモンド表面に金属薄膜が存在す
る場合、この条件は、金属の種類、金属薄膜表面温度、
ダイヤモンド成長時の圧力、水素に対する炭素を有する
分子及びそのラジカルの濃度、水素に対する炭素以外の
分子及びラジカルの濃度、ダイヤモンドの面方位に大き
く依存する。金を使用し、その温度を900℃、圧力を
100Torr、水素に対する炭素濃度を1%、リンの
濃度を0.002%、ダイヤモンドの面方位を[100]
とした成長条件は、ラテラル成長が主となる条件であ
る。
【0011】金属電極は、半導体ダイヤモンドの全ての
電子デバイス応用、電気物性評価及び一部の光物性評価
において利用される。本発明の方法により得られる埋め
込み金属層を電極に使用することにより、ダイヤモンド
電子デバイスにおける電極部での漏れ電流の抑制、また
ダイヤモンド物性評価における測定データの精度が改善
される。また、ダイヤモンド電子デバイスは、耐環境性
に優れたデバイス用材料として期待されているが、従来
法により形成された電極の耐性は、これに用いるには十
分でない。本発明の形成技術により作製された電極は、
電極表面がダイヤモンドで覆われているため、機械的耐
性、耐薬品性に優れているため、従来法に比較して、実
用面で有利である。
【0012】さらに、本発明の埋め込み金属層を有して
いるダイヤモンド単結晶構造を使用することにより、厚
さが1μm程度のダイヤモンドキャパシター(容量素
子)を作製することが可能である。また、金属/ダイヤ
モンド/金属・・・・・・/ダイヤモンド/金属という
積み重ね構造を作製することが可能であるため、これを
利用した新しいダイヤモンド素子の実現が可能となる。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明において、ダイヤモンドの
ラテラル成長距離以下の巾をもつ金属層を堆積すると
は、例えば、図1の平面図の(a)に示すように、金属
層に穴が存在する形態、(b)に示すように、金属層が
ストライプ状の長方形で存在する形態、(c)に示すよ
うに、金属層が島状で存在する形態など様々な形態にお
いて巾Lの金属層が設けられているものをいう。例え
ば、穴を形成するには、金属層をダイヤモンド表面上に
堆積させた後、穴にすべき領域の金属を削る方法、ワイ
ヤーで吊ったマスクの上方から金属源を飛ばし、マスク
の陰が穴になるように金属を堆積する方法、金属膜をダ
イヤモンドに堆積させた後でダイヤモンドを昇温させ、
金属を熱凝集させる方法などを利用できる。その他の形
態も、同様な方法で形成できる。
【0014】本発明は、上記の通りの形態を持つ金属層
をダイヤモンド単結晶表面に堆積し、続いてこの金属層
上に単結晶ダイヤモンドを堆積することにより、埋め込
み金属層を有する単結晶ダイヤモンドを提供するもので
ある。図2は、埋め込み金属層を有する単結晶ダイヤモ
ンドの形成過程を示す模式図である。(a)は、金属薄膜
堆積前、(b)は、金属薄膜堆積後、(c)は、ダイヤモンド
堆積初期、(d)は、ダイヤモンド堆積後期を示してい
る。形成の過程は、まずダイヤモンド基板1上(図2
a)に穴を有する巾Lをもつ金属薄膜2を堆積させる
(図2b)。次に金属薄膜2の穴の位置でダイヤモンド
3が成長を開始し(図2c)、続いてダイヤモンドが金
属薄膜2の表面でラテラル成長することにより金属薄膜
2を覆い(図2d)、最終的に金属薄膜2がダイヤモン
ド3に埋め込まれる。
【0015】本発明の形成技術に用いるダイヤモンド単
結晶基板の種類、埋め込み金属の種類、金属層上に形成
するダイヤモンド薄膜の製造方法には特に制限はない。
ダイヤモンド単結晶基板としては、広く一般に使用され
ている高圧合成[100]ダイヤモンド基板を、埋め込み
金属としては、炭化層も炭素の固溶体も形成しないため
に密着性が最も小さくなることが予想される金を、さら
に、金属層上に形成するダイヤモンド薄膜としては、平
滑な表面を作製することが困難であるリンドープダイヤ
モンドを、それぞれ使用することが、埋め込み金属層を
有するダイヤモンド単結晶の作製が最も困難な組み合わ
せであるが、本発明においては、下記の実施例に示すよ
うに、このような組み合わせにおいても目的とするダイ
ヤモンド単結晶が得られる。
【0016】
【実施例】実施例1 高圧合成[100]ダイヤモンド基板1上において、約2
μm間隔に形成された直径約5μmの穴3を有する、膜
厚が100nmの金薄膜2を電子ビーム蒸着装置により
堆積させた。図3は、金薄膜を堆積させる前の2〜10
μm間隔の穴(黒い斑点)を持つ金属膜2の光学顕微鏡
写真である。続いてCVDダイヤモンド薄膜堆積装置にお
いて、膜厚5μmのリンドープダイヤモンドを900℃
で堆積させた。これにより、金薄膜2からなる金属埋め
込み層を有する単結晶ダイヤモンド3を作製した。図4
は、金薄膜上に堆積したダイヤモンド層3表面の光学顕
微鏡写真である。
【0017】比較例1 高圧合成[100]ダイヤモンド基板上において、穴を有
しない、膜厚が100nmの金を電子ビーム蒸着装置に
より堆積させ、続いてCVDダイヤモンド薄膜堆積装置に
おいて、膜厚5μmのリンドープダイヤモンドを900
℃で堆積させた。金表面全面に単結晶ダイヤモンドが形
成されないため、金埋め込み層を有する単結晶ダイヤモ
ンドは作製されなかった。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、ダイヤモンドのラテラル成長距離以下
の巾をもつ金属層の形態の例を示す平面図である。
【図2】図2は、金埋め込み層を有する単結晶ダイヤモ
ンドの形成過程を示す模式図である。
【図3】図3は、2〜10μmの間隔の穴(黒い斑点)
を持つ金属膜の表面の図面代用の光学顕微鏡写真であ
る。
【図4】図4は、金属膜の上に堆積したダイヤモンド層
表面の表面の図面代用の光学顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−183892(JP,A) 特開 平7−37835(JP,A) 特開 平5−160386(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 C30B 29/04 H01L 29/43

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 堆積させたダイヤモンド単結晶内部に
    積させた埋め込み金属層を金属電極として有しているこ
    により該電極表面がダイヤモンド単結晶で覆われてい
    ることを特徴とする単結晶ダイヤモンド電子デバイス
  2. 【請求項2】 ダイヤモンド単結晶がリンドープダイヤ
    モンドであることを特徴とする請求項1記載の単結晶ダ
    イヤモンド電子デバイス
  3. 【請求項3】 ダイヤモンド単結晶表面にダイヤモンド
    のラテラル成長距離以下の巾を持つ電極用の金属層を堆
    積させ、この金属層上にラテラル成長が主となる条件に
    おいてダイヤモンドを堆積させてダイヤモンド単結晶膜
    を形成することにより金属層をダイヤモンド単結晶内部
    に埋め込むことを特徴とする請求項1または2記載の単
    結晶ダイヤモンド電子デバイスの形成方法。
JP36898899A 1999-12-27 1999-12-27 埋め込み金属層を金属電極として持つ単結晶ダイヤモンド電子デバイスとその形成方法 Expired - Lifetime JP3303135B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP36898899A JP3303135B2 (ja) 1999-12-27 1999-12-27 埋め込み金属層を金属電極として持つ単結晶ダイヤモンド電子デバイスとその形成方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP36898899A JP3303135B2 (ja) 1999-12-27 1999-12-27 埋め込み金属層を金属電極として持つ単結晶ダイヤモンド電子デバイスとその形成方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001185496A JP2001185496A (ja) 2001-07-06
JP3303135B2 true JP3303135B2 (ja) 2002-07-15

Family

ID=18493281

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP36898899A Expired - Lifetime JP3303135B2 (ja) 1999-12-27 1999-12-27 埋め込み金属層を金属電極として持つ単結晶ダイヤモンド電子デバイスとその形成方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3303135B2 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3022563B1 (fr) * 2014-06-23 2016-07-15 Univ Paris Xiii Paris-Nord Villetaneuse Procede de formation d'un monocristal de materiau a partir d'un substrat monocristallin
CN104651928A (zh) * 2015-01-17 2015-05-27 王宏兴 金刚石同质外延横向生长方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001185496A (ja) 2001-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8163634B2 (en) Devices with graphene layers
DE4202154C2 (de) Elektronikbauelemente mit halbleitendem polykristallinem Diamanten, bei denen eine isolierende Diamantschicht verwendet wird und Verfahren zu deren Herstellung
TWI223834B (en) Device including an epitaxial nickel silicide on (100) Si or stable nickel silicide on amorphous Si and a method of fabricating the same
JP4202593B2 (ja) 工程条件を変化させつつ化学気相蒸着法でルテニウム膜を形成する方法及びそれにより形成されたルテニウム膜
KR100307310B1 (ko) 다이아몬드 나노 휘스커 제조방법
US20060211154A1 (en) Method of manufacturing patterned ferroelectric media
US7053403B1 (en) Iridium oxide nanostructure
JP2008124480A (ja) 2つの固体材料の分子接着界面における結晶欠陥および/または応力場の顕在化プロセス
JP2008520444A (ja) 粒子ネットワークおよびこうしたネットワークを実現する方法
US20030126742A1 (en) Method of fabrication of ZnO nanowires
CN108767108A (zh) 霍尔器件制备方法及霍尔器件
JP3842199B2 (ja) 金属ナノ線の製造方法
JP3303135B2 (ja) 埋め込み金属層を金属電極として持つ単結晶ダイヤモンド電子デバイスとその形成方法
KR100422333B1 (ko) 단결정 거대 입자로 구성된 금속 박막 제조 방법 및 그 금속 박막
JPH0952793A (ja) 成膜方法
JP2666572B2 (ja) 多結晶シリコン膜の形成方法
CN1328166C (zh) 钛酸锶单晶基片上外延生长氧化镁纳米薄膜的方法
JPH01313974A (ja) 珪素基体上の珪素の多結晶半導体抵抗層の製造方法及びこれにより製造する珪素圧力センサ
JPH0332208B2 (ja)
JP2553661B2 (ja) 微小プローグ及びその製造方法
JPH01203293A (ja) ダイヤモンド結晶の形成方法
Wassermann et al. Growth of Thin Gold Films on Rocksalt from 80° K to 475° K
JP3074712B2 (ja) 銀の単結晶薄膜および金属人工格子の製造方法
JP2856533B2 (ja) 多結晶シリコン薄膜の製造方法
JPH05206054A (ja) Alコンタクト構造およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 3303135

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term