JP5124781B2 - n型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜及びその製造方法 - Google Patents
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Description
上記実施の形態では、ナノダイヤモンド薄膜を形成する際に、シリコン単結晶基板を用いている。しかしホール測定(電子濃度測定、移動度測定)を行う際には、絶縁性の高い石英(シリカ)基板を用いている。石英基板を用いた場合には、前述の炭化処理を施した際に、炭化珪素の層は形成されにくく、炭素層が形成される点で、シリコン単結晶基板を用いた場合と相違する。そのためダイヤモンド粒子は、炭素層に埋め込まれることになる。しかしながらその他の点は、シリコン単結晶基板を用いた場合と実質的大きく相違することはない。石英基板を用いた場合も、形成されたナノダイヤモンド薄膜の特性に大きな相違が見られないことは試験により確認されている。なおナノダイヤモンド薄膜を形成する際に使用できる半導体基板としては、シリコン基板、AlN基板、SiC基板、BN基板、ダイヤモンド基板等の各種の半導体基板を用いることができるのは勿論である。
Claims (9)
- アモルファスカーボンマトリックスにナノダイヤモンド粒子が埋没した構造を有するナノダイヤモンド/アモルファスカーボン複合膜に、窒素、燐、硫黄等の不純物原子がドーピングされて構成されたn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜であって、
前記ナノダイヤモンド薄膜中における前記ナノダイヤモンド粒子の体積率が、前記アモルファスカーボン及び前記不純物原子の体積率よりも大きくなっており、
前記ナノダイヤモンド/アモルファスカーボン複合膜が、原料ガスとしてメタンを用いたマイクロ波プラズマCVD法により半導体基板または絶縁性基板上に形成されたものであり、
前記不純物原子が窒素であり、
前記ナノダイヤモンド薄膜の電子移動度が1cm2/Vs以上になるように前記ナノダイヤモンド粒子の体積率が定められており、
前記ナノダイヤモンド薄膜の単位切断面中に含まれるナノダイヤモンド粒子の数を目視で数え、ナノダイヤモンド粒子の平均粒子径寸法を10から50nmの範囲の値として、単位体積中に含まれるナノダイヤモンド粒子の数を推定して求めた単位体積あたりの前記ナノダイヤモンド粒子の体積率が、50%より大きく55%以下であることを特徴とするn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜。 - アモルファスカーボンマトリックスにナノダイヤモンド粒子が埋没した構造を有するナノダイヤモンド/アモルファスカーボン複合膜に、窒素、燐、硫黄等の不純物原子がドーピングされて構成されたn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜であって、
前記ナノダイヤモンド薄膜中における前記ナノダイヤモンド粒子の体積率が、前記アモルファスカーボン及び前記不純物原子の体積率よりも大きくなっており、
前記ナノダイヤモンド/アモルファスカーボン複合膜が、原料ガスとしてアセチレンを用いたマイクロ波プラズマCVD法により半導体基板または絶縁性基板上に形成されたものであり、
前記不純物原子が窒素であり、
前記ナノダイヤモンド薄膜の電子移動度が5cm2/Vs以上になるように前記ナノダイヤモンド粒子の体積率が定められていることを特徴とするn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜。 - 前記ナノダイヤモンド薄膜の単位切断面中に含まれるナノダイヤモンド粒子の数を目視で数え、ナノダイヤモンド粒子の平均粒子径寸法を10から50nmの範囲の値として、単位体積中に含まれるナノダイヤモンド粒子の数を推定して求めた単位体積あたりの前記ナノダイヤモンド粒子の体積率が、57%以上63%以下である請求項2に記載のナノダイヤモンド薄膜。
- 前記半導体基板がシリコン単結晶基板である請求項1または2に記載のナノダイヤモンド薄膜。
- 前記絶縁基板が石英基板である請求項1または2に記載のナノダイヤモンド薄膜。
- アモルファスカーボンマトリックスにナノダイヤモンド粒子が埋没した構造を有するナノダイヤモンド/アモルファスカーボン複合膜に、窒素をドーピングすることによりn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜を製造する方法であって、
シリコン単結晶基板の表面をスクラッチ処理し、
前記スクラッチ処理を施した前記シリコン単結晶基板を800℃〜1000℃に加熱した状態で、原料ガスとしてメタンを含む混合ガスを用いたマイクロ波プラズマCVD法により、前記スクラッチ処理を施した表面に、前記ナノダイヤモンド薄膜中における前記ナノダイヤモンド粒子の体積率が、前記アモルファスカーボン及び前記不純物原子の体積率よりも大きいナノダイヤモンド/アモルファスカーボン複合膜を形成し、
前記マイクロ波プラズマCVD法では、前記混合ガスとして、該混合ガス中の窒素の濃度が30±0.3%の範囲の値一定であり、しかも該混合ガス中のメタンガスの流量が、2.5±0.025sccmの範囲の値であり、窒素の流量が75.0±0.75sccmの範囲の値であり、アルゴンガスの流量が175.0±1.75sccmの範囲の値である混合ガスを用い、
2.45GHzのマイクロ波を1〜2時間の範囲の時間入射して成膜を行い、
前記ナノダイヤモンド薄膜の単位切断面中に含まれるナノダイヤモンド粒子の数を目視で数え、ナノダイヤモンド粒子の平均粒子径寸法を10から50nmの範囲の値として、単位体積中に含まれるナノダイヤモンド粒子の数を推定して求めた単位体積あたりの前記ナノダイヤモンド粒子の体積率が、50%より大きく55%以下である前記ナノダイヤモンド/アモルファスカーボン複合膜を形成することを特徴とするn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜の製造方法。 - アモルファスカーボンマトリックスにナノダイヤモンド粒子が埋没した構造を有するナノダイヤモンド/アモルファスカーボン複合膜に、窒素をドーピングすることによりn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜を製造する方法であって、
シリコン単結晶基板の表面を炭化処理して炭化処理層を形成し、
その後前記炭化処理層の表面にダイヤモンド粒子を用いてスクラッチ処理を施し、
前記スクラッチ処理を施した前記シリコン単結晶基板を900℃〜1100℃に加熱した状態で、原料ガスとしてアセチレンを含む混合ガスを用いたマイクロ波プラズマCVD法により、前記炭化処理層の表面に、前記ナノダイヤモンド薄膜中における前記ナノダイヤモンド粒子の体積率が、前記アモルファスカーボン及び前記不純物原子の体積率よりも大きいナノダイヤモンド/アモルファスカーボン複合膜を形成することを特徴とするn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜の製造方法。 - 前記マイクロ波プラズマCVD法が、前記アセチレンに濃度が70%以上になるようにアルゴンを添加した原料ガスを用いたマイクロ波プラズマCVD法である請求項7に記載のn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜の製造方法。
- 前記マイクロ波プラズマCVD法では、前記混合ガスとして、該混合ガス中の窒素の濃度が20±0.02%の範囲の値一定であり、しかも該混合ガス中のアセチレンガスの流量が、1.25±0.0125sccmの範囲の値であり、窒素の流量が50.0±0.5sccmの範囲の値であり、H2の流量が25±0.25sccmの範囲の値であり、アルゴンガスの流量が175.0±1.75sccmの範囲の値である混合ガスを用い、
2.45GHzのマイクロ波を1〜2時間の範囲の時間入射して成膜を行うことを特徴とする請求項8に記載のn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜の製造方法。
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