KR20200053464A - 도핑된 다이아몬드 반도체 및 제조방법 - Google Patents
도핑된 다이아몬드 반도체 및 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20200053464A KR20200053464A KR1020207001880A KR20207001880A KR20200053464A KR 20200053464 A KR20200053464 A KR 20200053464A KR 1020207001880 A KR1020207001880 A KR 1020207001880A KR 20207001880 A KR20207001880 A KR 20207001880A KR 20200053464 A KR20200053464 A KR 20200053464A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrical component
- diamond
- electrical
- cutting
- coating
- Prior art date
Links
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 93
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 93
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 82
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 78
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 67
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 42
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 27
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 27
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 12
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N Phosphine Chemical compound P XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 10
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 8
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 7
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 6
- 239000011135 tin Substances 0.000 claims description 6
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 6
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 5-phenyl-2h-tetrazole Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=NNN=N1 MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 5
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 5
- 230000031864 metaphase Effects 0.000 claims description 5
- 229910000073 phosphorus hydride Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 5
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 4
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 4
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 4
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 4
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims description 4
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 4
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 4
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011630 iodine Substances 0.000 claims description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 4
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 claims description 3
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 claims 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 37
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 4
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 abstract description 4
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 abstract 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 20
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 4
- 229940116367 cadmium sulfide Drugs 0.000 description 3
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 239000002470 thermal conductor Substances 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000004883 computer application Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
- C30B23/06—Heating of the deposition chamber, the substrate or the materials to be evaporated
- C30B23/066—Heating of the material to be evaporated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
- C30B23/08—Epitaxial-layer growth by condensing ionised vapours
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/04—Diamond
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02527—Carbon, e.g. diamond-like carbon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/0257—Doping during depositing
- H01L21/02573—Conductivity type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02656—Special treatments
- H01L21/02664—Aftertreatments
- H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
- H01L21/02675—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
도핑된 다이아몬드 반도체 및 레이저를 이용한 생산방법이 개시된다. 개시된 바와 같이, 도펀트 및/또는 다이아몬드 또는 사파이어 시드 재료를 구속층 아래에 배치되고 그래파이트 기반이며 배킹층 위에 배치되는 절삭층에 추가하여 절삭층 상의 레이저 빔의 작동을 통해 원하는 반도체 특성을 가진 다이아몬드 입자의 형성을 촉진시킬 수 있다. 생산되는 재료의 전기적, 열적 또는 양자 특성을 변조하려는 목적에 적합한 도핑된 반도체 또는 도핑된 전도체의 생산에 유용한 재료를 생산하기 위해 추구되는 반응을 활성화시키도록 도펀트를 프로세스에 포함시킬 수 있다. 개시된 바와 같이, 개시된 구속형 펄스 레이저 증착 기계 또는 방법에 의해 형성된 다이아몬드 입자는 반도체, 전기 컴포넌트, 열 컴포넌트, 양자 컴포넌트 및/또는 집적 회로로 배열될 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 교차 참조:
본 출원은 2017년 12월 8일에 출원된 미국 정규(non-provisional) 특허출원 제15/836,570호 및 2017년 6월 19일에 출원된 미국 정규 특허출원 제15/627,426호에 대한 우선권을 주장하며, 이들의 전체는 참조에 의해 본원에 포함된다.
매우 다양한 반도체 장치들이 컴퓨터부터 휴대폰, 홈엔터테인먼트 시스템, 및 차량 제어 시스템까지 전자 장치들을 형성하기 위한 기본 전자 빌딩블럭(building blocks)으로 사용된다. 다른 장치들은 오디오 증폭기, 산업 제어 시스템 등 컴퓨팅이나 프로세싱 파워와 관련되지 않은 목적으로 반도체를 사용한다.
현대식 반도체는 전형적으로 실리콘을 기반으로 하고 도펀트(dopant)를 첨가하여 전기적 특성을 변화시킨다. 예를 들어, 실리콘을 인(phosphorus)으로 도핑하면 잉여 전자를 발생시키고, 그 결과 4개의 원자가 전자만을 가진 실리콘에는 존재하지 않는 제5의 원자가 전자로 인해 n-타입 반도체 재료가 얻어진다. 이와 유사하게, 실리콘을 보론(boron)으로 도핑하면 잉여 "양공(hole)" 혹은 전자의 부재(absence)를 가진 p-타입 실리콘을 발생시키는데, 보론은 3개의 원자가 전자만을 가지고 이는 실리콘보다 하나 적기 때문이다.
n-타입 및 p-타입 실리콘이 서로 접촉하면, 접합부(junction)에서 전기는 다른 방향에 비해 한 방향으로 더 쉽게 흐른다. n-타입 및 p-타입 재료의 보다 복잡한 구성을 조립하여 다양한 형태의 트랜지스터, 집적 회로, 및 기타 전자 장치들을 형성할 수 있다.
그러나 일부 반도체 장치의 성능은 사용되는 반도체 재료 고유의 특성에 의해 제한된다. 예를 들어, 프로세서의 속도는 프로세서 집적 회로를 구성하는 트랜지스터 및 기타 장치들에서 분산되는(dissipated) 전력의 양에 의해 제한되는데, 너무 빠르게 동작되면 프로세서 집적 회로는 문자적으로 융해될 수 있다. 크기의 감소 또한 제한되는데, 소정의 전력량을 분산시키는 트랜지스터가 더 작은 면적에 더 많이 끼워 넣어질수록 소정의 면적에서 분산되는 열의 양이 증가되기 때문이다. 고주파수, 고전력 응용에서 사용되는 다이오드와 같은 단순한 장치들도 전력 제한의 영향을 받는데, 개별 트랜지스터 또는 다이오드의 물리적 크기가 전형적으로 매우 작기 때문이다.
보다 높은 성능의 보다 작은 전자 장치들을 제공하기 위해서는 더 큰 전력 분산 및 더 높은 반도체 장치 밀도를 가능하게 하는 반도체 장치들이 바람직하다. 개시된 바와 같이, 도핑된 다이아몬드 반도체는 더 큰 전력 분산 및 더 높은 반도체 장치 밀도를 가능하게 할 수 있는 반도체 유형을 제공한다. 더 나아가, 레이저 절삭(ablation)을 통한 방법을 포함하여 본원에 개시되는 방법을 이용한 도핑된 다이아몬드 반도체 및 도핑된 다이아몬드 반도체를 기반으로 하는 집적 회로의 제작은 지극히 낮은 비용으로 진행될 수 있어 광범위한 채용 및 전통적인 실리콘 기반 반도체의 대체를 촉진할 수 있다. 다른 실시예들에서는 열적 특성 또는 양자 상태 특성 또는 그 둘 모두의 조작을 위해 레이저 절삭 이전에 그래파이트(graphite) 재질이 도핑될 수 있는데, 레이저 절삭된 도핑된 그래파이트 재료는 향상된 열전도체이거나 생산되는 다이아몬드 구조의 양자 상태 특징을 가능하게 한다.
선행기술
도핑된 다이아몬드의 생산을 위한 본 개시는 일반적으로 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자가 온전히 실시가능하도록(fully enable) 하기 위함이고 발명의 폭이나 청구항의 범위를 어느 특정 하나의 도핑된 다이아몬드 반도체로 제한하려는 것이 아니며, 본 개시는 전자 장치에 통상적으로 발견되는 집적 회로의 생산에 유용한 어떠한 도핑된 다이아몬드 반도체의 생산에 사용될 수 있다. 이하의 미국등록특허는 도핑된 다이아몬드 반도체에 대한 추가적 논의 및 개시를 제공하며 그 전체가 참조에 의해 본원에 포함된다.
1. 미국등록특허 제8,933,462호, 명칭: 다이아몬드 반도체를 제작하는 방법 및 그에 따라 형성되는 다이아몬드 반도체;
2. 미국등록특허 제8,735,907호, 명칭: 반도체 다이아몬드 장치에서의 사용을 위한 옴 전극;
3. 미국등록특허 제8,237,170호, 명칭: "쇼트키 다이아몬드 반도체 장치 및 쇼트키 다이아몬드 반도체 장치의 제조 방법";
4. 미국등록특허 제8,158,455호, 명칭: "보론-도핑된 다이아몬드 반도체";
5. 미국등록특허 제5,254,237호, 명칭: "다이아몬드 반도체 장치를 생산하기 위한 플라즈마 아크 장치";
6. 미국등록특허 제5,254,237호, 명칭: "다이아몬드 반도체 장치를 생산하기 위한 플라즈마 아크 장치"; 이상의 참조문헌은 실시가능화(enablement)의 목적을 위해 본원에 포함되고, 본 개시의 구현 내의 가르침(teachings)으로 인해 전부 혹은 부분적으로 청구될 수 있으며, 참조에 의해 전부 본원에 포함된다. 출원인이 본원에 복수의 참조문헌을 포함시키는 것은 어느 특정 참조문헌 또는 참조문헌들 각각이 또는 그 결합이 반드시 본 개시와 관련이 있거나 본 개시의 신규성 또는 진보성이 부정됨을 시인하는 것은 아니다.
레이저를 이용한 도핑된 다이아몬드 반도체 및 전도체의 제작이 개시되는데, 특히 레이저를 이용하여 탄소 기반 스타터(starter) 재료의 일정량을 절삭하는 경우, 탄소 기반 스타터 재료 인근에 금속이 있는 경우와 없는 경우, 상부의 투명 구속층 및 하부의 배킹 평면 사이에 다양한 도핑 재료(도펀트) 및/또는 시딩(seeding) 재료(다이아몬드 또는 사파이어)가 있는 경우와 없는 경우에 대해, 레이저가 탄소 기반 스타터 재료에 인가되면 전기 컴포넌트, 집적 회로, 열 전도체 또는 컴퓨터 응용에 유용한 양자 상태 특징을 가진 재료의 생성에 유용한 다이아몬드 기반 반도체 또는 전도체를 형성하도록 탄소 기반 스타터 재료가 배치된다. 개시되는 바와 같이, 도핑된 다이아몬드 반도체의 생산을 위한 레이저 기반 방법은 결정화 성장의 미세한 제어를 가능하게 한다. 본 개시의 목적에 따라, 도펀트(도핑 재료)는 실리콘 기반의 반도체에서 캐리어 생성/발생을 위한 것과 유사한 목적으로 추가되는데, 도핑은 전기적 특성들을 변조하려는 목적을 위해 의도적으로 불순물을 주입하기 때문이다. 불순물은 반도체의 유형 및 의도된 목적을 위해 가져야 하는 특성에 의존한다. 약하게 및 중간 정도로 도핑된 반도체는 외인성(extrinsic) 반도체로 지칭된다. 반도체보다는 전도체로 기능할 만큼 높은 정도로 도핑된 반도체는 축퇴(degenerate) 반도체로 지칭된다. 본원에 개시된 바와 같이, 가능한 도핑 재료(도펀트)에는 제약 또는 제한되는 바 없이 다음의 물질이 포함될 수 있는데, 생산되는 재료 또는 컴포넌트의 전기적, 열적 또는 양자 상태 특성을 변조시키는 목적에 적합한 반도체 또는 전도체의 생산에 유용한 재료를 생산하기 위해 추구되는 반응을 활성화시키도록, 보론(boron), 알루미늄(aluminum), 질소(nitrogen), 갈륨(gallium), 인듐(indium), 인(phosphorus), 포스핀 가스(phosphine gas), 비소(arsenic), 안티몬(antimony), 비스무트(bismuth), 리튬(lithium), 게르마늄(germanium), 실리콘(silicon), 제논(xenon), 금(gold), 백금(platinum), 갈륨 비소(gallium arsenide), 텔루르(tellurium), 황(sulphur), 주석(tin), 아연(zinc), 크롬(chromium), 갈륨 인(gallium phosphide), 마그네슘(magnesium), 카드뮴 텔루라이드(cadmium telluride), 염소(chlorine), 나트륨(sodium), 카드뮴 설파이드(cadmium sulfide), 요오드(iodine) 및 불소(fluorine)가 단독으로 또는 상기 요소들 중 어떠한 것과의 조합으로서 어떠한 화학식으로든 포함될 수 있다. 질소는 양자 컴퓨팅 응용 및 기재(substrates)에 있어 특히 가치 있을 수 있다. 열적 특성 또는 양자 상태 특성을 조작하기 위해 이 프로세스에 도펀트를 사용할 때 질소가 도펀트라면 그에 따른 다이아몬드 재료는 정의상 다이아몬드 반도체가 아니라, 본원에서 후술되는 바와 같이, 양자 컴퓨팅에 유용한 열 전도체 또는 기재라는 점을 통상의 지식을 가진 기술자는 이해할 것이다. 탄소 입자를 다이아몬드 입자로 변환하기 위한 레이저의 사용 및 사용방법과 관련하여 미국등록특허 제8,939,107호 및 제8,499,599호가 참조에 의해 본원에 포함된다. 전술한 미국등록특허들은 실시가능화의 목적을 위해 본원에 포함되고, 본 개시의 구현 내의 가르침으로 인해 전부 혹은 부분적으로 청구될 수 있으며, 참조에 의해 전부 본원에 포함된다. 출원인이 본원에 복수의 참조문헌을 포함시키는 것은 어느 특정 참조문헌 또는 참조문헌들 각각이 또는 그 결합이 반드시 본 개시와 관련이 있거나 본 개시의 신규성 또는 진보성이 부정됨을 시인하는 것은 아니다.
본 명세서에 포함되고 그 일부를 구성하는 첨부 도면들은 실시예들을 도시하며 발명의 상세한 설명과 함께 본원에 개시된 도핑된 다이아몬드 반도체 및 생산방법(이하 간단히 "다이아몬드 도핑 반도체 방법"로 지칭함)의 원리를 설명 및 도시하는 역할을 한다.
도 1은 참조에 의해 본원에 포함되는 미국등록특허 제8,939,107호에서 가르치는 예시적 구속형 펄스 레이저 증착 장비의 개략도이다.
도 2는 그래파이트 입자에 도핑 재료를 추가한 상태에서 레이저를 이용하여 다이아몬드 상 탄소(diamond phase carbon)를 형성하는 프로세스의 개략도이다.
도 3은 그래파이트 입자에 도핑 재료를 추가한 상태에서 레이저를 이용하여 다이아몬드 상 탄소를 형성하되, 프로세스의 출력으로서 복수의 결정화 입자들이 2차원의 및/또는 3차원의 격자 또는 행렬 유사 구조물을 형성하는 프로세스의 개략도이다.
도 4는 그래파이트 입자에 도핑 재료 및 다이아몬드 시드 재료를 추가한 상태에서 레이저를 이용하여 다이아몬드 상 탄소를 형성하되, 프로세스의 출력으로서 복수의 결정화 입자들이 2차원의 및/또는 3차원의 격자 또는 행렬 유사 구조물을 형성하는 프로세스의 개략도이다.
도 5는 그래파이트 입자에 도핑 재료 및 다이아몬드 시드 재료를 추가한 상태에서 레이저를 이용하여 다이아몬드 상 탄소를 형성하는 프로세스의 개략도이다.
도 6은 그래파이트 입자에 도핑 재료 및 시드 재료로서 다이아몬드 및 기타 재료를 추가한 상태에서 레이저를 이용하여 다이아몬드 상 탄소를 형성하되, 프로세스의 출력으로서 복수의 결정화 입자들이 2차원의 및/또는 3차원의 격자 또는 행렬 유사 구조물을 형성하는 프로세스의 개략도이다.
도 7은 본 개시를 통해 생산될 수 있는, 통상적으로 CMOS 회로로 알려진 전기 컴포넌트의 예시적 실시예의 평면도이다.
도 1은 참조에 의해 본원에 포함되는 미국등록특허 제8,939,107호에서 가르치는 예시적 구속형 펄스 레이저 증착 장비의 개략도이다.
도 2는 그래파이트 입자에 도핑 재료를 추가한 상태에서 레이저를 이용하여 다이아몬드 상 탄소(diamond phase carbon)를 형성하는 프로세스의 개략도이다.
도 3은 그래파이트 입자에 도핑 재료를 추가한 상태에서 레이저를 이용하여 다이아몬드 상 탄소를 형성하되, 프로세스의 출력으로서 복수의 결정화 입자들이 2차원의 및/또는 3차원의 격자 또는 행렬 유사 구조물을 형성하는 프로세스의 개략도이다.
도 4는 그래파이트 입자에 도핑 재료 및 다이아몬드 시드 재료를 추가한 상태에서 레이저를 이용하여 다이아몬드 상 탄소를 형성하되, 프로세스의 출력으로서 복수의 결정화 입자들이 2차원의 및/또는 3차원의 격자 또는 행렬 유사 구조물을 형성하는 프로세스의 개략도이다.
도 5는 그래파이트 입자에 도핑 재료 및 다이아몬드 시드 재료를 추가한 상태에서 레이저를 이용하여 다이아몬드 상 탄소를 형성하는 프로세스의 개략도이다.
도 6은 그래파이트 입자에 도핑 재료 및 시드 재료로서 다이아몬드 및 기타 재료를 추가한 상태에서 레이저를 이용하여 다이아몬드 상 탄소를 형성하되, 프로세스의 출력으로서 복수의 결정화 입자들이 2차원의 및/또는 3차원의 격자 또는 행렬 유사 구조물을 형성하는 프로세스의 개략도이다.
도 7은 본 개시를 통해 생산될 수 있는, 통상적으로 CMOS 회로로 알려진 전기 컴포넌트의 예시적 실시예의 평면도이다.
본 발명에 따른 도핑된 다이아몬드 반도체 및 제조방법(100)이 개시 및 설명되기 전에, 도핑된 다이아몬드 반도체 및 제조방법(100)이 구체적 방법, 구체적 구성요소, 또는 특정 구현예로 제한되지 않음을 이해해야 할 것이다. 또한, 본원에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 설명하는 목적을 위한 것이며 제한하려는 의도가 아님을 이해해야 할 것이다.
본 명세서 및 첨부된 청구항에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본원에서 범위가 표현되는 경우 "약" 특정 값부터 및/또는 "약" 다른 특정 값까지로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현된 경우, 다른 실시예에서는 상기한 특정 값부터 및/또는 상기한 다른 특정 값까지의 범위를 포함한다. 마찬가지로, 수치가 선행사 "약"의 사용에 의해 근사치로 표현될 때에는, 상기한 특정 수치가 다른 실시예를 형성함을 이해해야 할 것이다. 더 나아가, 각 범위의 각 끝점은 다른 하나의 끝점에 대해 상대적으로도 유효(significant)하고 다른 하나의 끝점에 대해 독립적으로도 유효함을 이해해야 할 것이다.
"선택적" 또는 "선택적으로"는 이어서 설명되는 사건 또는 상황이 발생할 수도 안 할 수도 있음을 의미하고, 해당 설명은 상기 사건 또는 상황이 발생하는 경우와 발생하지 않는 경우를 포함함을 의미한다.
본 명세서의 상세한 설명 및 청구항 전반에 걸쳐, "포함"이라는 단어 및 "포함하는"과 "포함한다"와 같은 이 단어의 변형은 "포함하지만 이에 제한되지 않는" 것을 의미하며, 예를 들어 기타 구성요소, 정수(integers) 또는 단계를 제외하려는 의도가 아니다. "예시적"이라 함은 "하나의 예로서"의 의미이며 바람직한 또는 이상적인 실시예임을 지시하려는 의도가 아니다. "...와 같은"은 제약하는 의미로 사용되는 것이 아니라 설명의 목적으로 사용되는 것이다. 도핑된 다이아몬드 반도체 및 제조방법(100)의 적어도 하나의 실시예와 함께 사용될 수 있는 구성요소 및 방법이 개시된다. 이들 및 기타 구성요소들이 본원에 개시되는데, 이들 구성요소의 조합, 부분집합, 상호작용, 그룹, 등이 개시되는 경우, 이들의 개별적(individual) 및 집합적(collective) 조합 및 순열(permutation)이 명시적으로 개시되지 않았을지라도, 도핑된 다이아몬드 반도체 및 제조방법(100)의 모든 잠재적 실시예를 위해 각각이 본원에 특정적으로 구상 및 설명된 것임을 이해할 것이다. 이는 비제한적인 의미로 도핑된 다이아몬드 반도체 및 제조방법(100)의 구성요소를 포함하여 본 출원의 모든 부면에 적용된다. 따라서 만약 추가될 수 있는 다양한 부가적 구성요소들이 있다면 이들 부가적 구성요소들 각각이 도핑된 다이아몬드 반도체 및 제조방법(100)의 어느 특정 실시예 또는 실시예들의 조합에 추가될 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명에 따른 도핑된 다이아몬드 반도체 및 제조방법(100)은 이하 제공되는 실시예의 상세한 설명과 본원에 포함되는 예들 및 도면들과 이들에 대한 이상 및 이하의 설명을 참조함으로써 보다 용이하게 이해할 수 있다.
구속형 펄스 레이저 증착의 개념이 도 1에 도시되어 있는데, 이는 참조에 의해 본원에 포함되는 미국등록특허 제8,939,107호의 도면이다. 프레임(미도시)이 샘플 조립체(8)에 고정되는데, 이는 배킹 평판(10), 절삭층(ablative layer)(12) 및 투명 구속층(confinement layer)(14)을 포함한다. 절삭층이 배킹 평판(10)과 구속층(14) 사이에 개재된 상태에서 프레임은 배킹 평판(10)을 구속층(14)에 클램프(clamp)한다. 절삭층(12)은 그래파이트(29), 금속(33) 또는 레이저 에너지를 흡수할 수 있는 기타 박막 코팅일 수 있다. 구속층(14)은 레이저에 대해 투명한 다양한 재료, 예를 들면 유리 또는 사파이어로 만들어질 수 있다. 도 2-6에 설명된 프로세스에서 사용되는 경우, 투명 구속층(14)은 레이저에 대해 투명한 다양한 재료들로 만들어질 수 있는데, 여기에는 구속형 펄스 레이저 증착 이후 다이아몬드 반도체 재료의 생산을 지지하기에 충분한 구속층으로서 기능할 수 있도록 충분한 크기 및/또는 깊이를 가진 그래파이트 입자층이 포함될 수 있다. 본원에서 사용되는 바에 따르면, 그래파이트 입자들은 그 크기가, 통상의 지식을 가진 기술자에게 알려진 그래파이트 입자 사이징(sizing)에 따라, "나노"에서 "마이크로"에서 "마크로"까지의 범위 내에 속할 수 있다. 더 나아가, 가장 적합한 그래파이트 입자의 크기는 특정 응용에 따라 결정될 것이라는 점을 이해할 것이다. 절삭층(12)은 구속형 펄스 레이저 증착 이후 메타페이즈(metaphase)로 전환될 것이다. 프레임은 구속층(14)과 배킹 평판(10) 사이가 밀착되도록 스크류 또는 기타 체결 메커니즘을 포함할 수 있다. 도 2-6의 프로세스에 프레임이 필요 또는 요구되지 않을 수 있다. 바람직하게는 체결 메커니즘에 의해 및/또는 예컨대 알루미늄 포일과 같은 세퍼레이터(separator)를 삽입함에 의해 구속층(14)과 절삭층(12) 사이의 간격을 조절할 수 있다. 샘플 조립체(8)는 XYZ 스테이지(28) 상에 안착될 수 있는데, 이는 샘플 조립체(8)를 원하는 위치로 배치할 수 있다.
압력을 생성하기 위한 메커니즘은 금속성 부품의 고압 가공에 있어 널리 알려진 기법인 레이저 쇼크 피닝(laser shock peening)의 메커니즘과 유사하다. 동작시, 레이저 빔(20)이 포커스 렌즈(24)를 통과하도록 인가되는데, 이는 레이저 빔(20)의 최종 스폿 사이즈(spot size)을 제어한다. 선택적으로, 레이저 빔(22)의 광 경로에 빔 디퓨저(beam diffuser), 셰이퍼(shaper), 또는 마스크(22)를 배치하여 레이저 빔(20)의 세기 분포가 더 균일하도록 할 수 있다. 레이저 빔(20)이 투명 구속층(14)을 투과하여 절삭층(12)의 목표(26)를 조사하면, 절삭층(12)은 기화하여 뜨거운 플라즈마로 이온화한다. 이온화된 플라즈마 가스는 구속층(14)에 의해 구속되고 강한 충격파를 생성하는데, 이는 절삭층(12)으로부터 메타페이즈를 합성하기에 충분한 국부 압력을 제공한다. 예를 들어, 절삭층(12)이 그래파이트 코팅(29)인 경우, 그래파이트 코팅으로부터 다이아몬드 상 탄소를 합성하기에 충분한 국부 압력이 생성된다. 통상의 지식을 가진 기술자라면 "코팅"이 특정 응용에 어떠한 크기 및 대상을 암시하려는 것이 아니라는 점과, 그래파이트 코팅이 제한 또는 제약 없이 특정 응용에 사용되고 특정 응용에 적합한 것으로서 매우 얇은 것(0.01 cm 또는 매우 두껍고 묵직한 것, 예컨대 2.0 cm)일 수 있다는 점을 이해할 것이다. 다른 실시예에서는, 구속층(14)이 그래파이트 입자들로서 절삭층이 배킹 평판(10)과 구속층(14) 사이에 개재될 수 있다. 절삭층(12)은 또한 그래파이트(29) 및 도펀트(30), 다이아몬드 시딩 재료(31), 사파이어 시딩 재료(32), 금속(33), 또는 레이저 에너지를 흡수할 수 있는 기타 박막 코팅 재료를 단독으로 또는 조합으로 포함하는 혼합물일 수도 있다. 이 프로세스에 이용될 수 있는 금속에는 구리, 아연, 철, 니켈, 금, 은, 백금, 티타늄, 질화 티타늄(titanium nitride), 및 텅스텐, 및 이들의 조합이 포함될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
구속형 펄스 레이저 증착은 기타 합성 기법에 비해 여러 가지 장점을 가질 수 있다. 예를 들어, 레이저 광원(20)이 매우 제어가능하고 재생가능하게 할 수 있으며, 동작 조건을 용이하게 변경할 수 있다. 구속형 구성에서의 레이저-유도 압력은 종래의 펄스 레이저 증착에서의 압력보다 4 내지 10배로 크다. 포커스 렌즈(24) 및 XYZ 스테이지(28)는 레이저 빔(20)에 의해 조사되는 절삭층(12)의 목표 영역(26)에 대한 세심한 제어를 가능하게 한다. 이 기법은 다른 기법과 조합하여 이용될 수 있는데, 예컨데 가열을 위한 다른 레이저를 추가하거나, 패터닝을 위해 레이저 빔에 마스크를 삽입하거나, 보호를 위해 대안적 대기 환경을 활용할 수 있다(미도시).
본원에서 정의된 바에 따르면, 마스크(22)는 통상적으로 이해되고 본원에 더 개시되는 바와 같이 반도체 제작의 단계들을 위한 기하형상(geometry)를 정의하는 일련의 전자 데이터인 마스크 세트 또는 포토마스크 세트(photomask set)일 수 있다. 이러한 데이터로부터 생성되는 물리적 마스크 각각은 전형적으로 포토마스크로 불린다. 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자에게 알려진 바와 같이, 현대식 프로세스를 위한 마스크 세트는 20개 이상의 마스크까지 다수의 마스크를 포함하는데, 각각의 마스크는 반도체 제작 프로세스 내의 특정 단계를 정의한다. 마스크의 예에는 p-well, n-well, active, poly, p-select, n-select, contact metal, 1, 2, 3 이 포함된다. 여기에 개시되는 방법 및 프로세스는 제약 또는 제한 없이 본 개시에서의 사용을 위해 종래기술에서 이해되는 것과 같은 마스크를 포함할 수 있다.
구속형 펄스 레이저 증착의 물리적 프로세스들은 3개의 과정으로 설명될 수 있다. 첫 번째 과정에서, 목표는 펄스 레이저 방사에 의해 절삭된다; 그래파이트 코팅은 곧바로 기화되고 짙은(dense) 플라즈마 플룸(plume)을 발생시키는데, 이는 계속 레이저 에너지를 흡수한다. 플라즈마 플룸의 가열 및 응결의 결과 클러스터, 단일 원자, 또는 이온을 포함하여 다양한 탄소 종(carbon species)이 형성된다. 이들 탄소 종의 운동에너지는 열에너지보다 훨씬 높다. 플라즈마 압력이 최고에 다다름에 따라, 탄소 종은 집결하여 충돌 및 확산에 의해 탄소 클러스터를 형성할 수 있다. 두 번째 과정에서, 플라즈마는 레이저가 꺼진 후 단열성(adiabatic) 냉각을 경험하며 적용 압력을 유지한다. 세 번째 과정은 재결합 플라즈마가 완전히 냉각될 때까지 이루어지는 단열성 냉각이다.
장치는 또한 투명 구속층을 통과하여 절삭용 코팅(ablative coating)을 조사 및 절삭하고 구속층과 배킹 평면 사이에 고압을 유도하여 절삭층으로부터 메타페이즈를 합성하는 레이저 빔(20)을 포함할 수 있다. 구속층과 배킹 평면은 절삭용 코팅을 구속하여 구속층과 배킹 평면 사이에 고압을 일으킨다. 레이저 빔(20)은 전반적으로 상온/실온 및 상압/실압인 조건에서(at generally ambient room temperature and pressure) 이용된다. 구속층은 절삭층과 동일한 재료로 구성될 수 있는데, 이 때 구속층과 절삭층의 차이는 재료의 조성이 아닌 기능에 의해 정의된다. 예컨대 표면 아래에 초점이 잡힌 빔에 의해, 광이 상부층을 통과하여 하부층을 절삭할 때 상부층은 구속을 제공할 수 있다.
다른 실시예에서 절삭용 코팅은 다이아몬드 상 탄소로 전환하는 그래파이트 코팅일 수 있다. 절삭용 코팅은 또한 금속 또는 박막 코팅일 수 있다. 절삭용 코팅은 도펀트(30) 및/또는 다이아몬드 시드 재료(31)를 함유할 수 있다. 장치는 또한 포커스 렌즈를 포함할 수 있는데, 절삭용 코팅 상의 레이저 빔의 최종 스폿 사이즈를 제어하기 위해 레이저 빔이 포커스 렌즈를 통해 인가된다. 장치는 또한 빔 디퓨저 또는 셰이퍼를 포함할 수 있는데, 레이저 빔의 세기를 보다 균일하게 하기 위해 레이저 빔이 빔 디퓨저를 통해 인가된다. 장치는 또한 XYZ 스테이지를 포함하여 절삭용 코팅의 원하는 목표 영역(26)을 레이저 빔에 의해 조사되는 위치에 배치할 수 있다. 참조에 의해 본원에 포함되는 미국등록특허 제8,939,107호의 참조에서 예시되듯이, 레이저 빔은 약 6 GW/cm2 미만 또는 약 4 GW/cm2 미만의 세기를 가질 수 있다. 레이저 빔은 약 568 nm의 여기 파장(excitation wavelength)을 가질 수 있다. 통상의 지식을 가진 기술자라면 레이저 세기가 결코 본원에 제공되는 범위로 제한되지 않으며 추구하는 다이아몬드 상 탄소의 특성에 충분하도록 제한 또는 제약 없이 4 GW/cm2 미만이거나 6 GW/cm2 초과일 수 있음을 이해할 것이다. 더 나아가, 약 568 nm의 여기 파장을 가진 레이저 빔의 이용은 단지 예시적 목적을 위한 것이며 추구하는 다이아몬드 상 탄소의 특성에 충분하도록 제한 또는 제약 없이 568 nm 초과 및/또는 568 nm 미만의 기타 여기 파장이 구상되고 사용될 수 있다. 일실시예에서는 1064 nm의 여기 파장이 성공적으로 이용된 바 있다. 일반적으로, 자외선, 적외선 및 가시광선을 포함하여 어떠한 파장의 광이든 사용될 수 있다. 레이저 펄스는 제한 또는 제약 없이 특정 응용에 적합하도록 폭, 펄스의 수, 및 절삭층에 입사되는 펄스당 에너지가 가변될 수 있다.
도 2는 그래파이트 입자에 도핑 재료를 추가한 상태에서 레이저를 이용하여 다이아몬드 상 탄소를 형성하는 프로세스의 개략도를 제공한다. 전술한 바와 같이, 가능한 도핑 재료(도펀트)(30)에는 제약 또는 제한 없이 다음의 물질이 포함될 수 있는데, 생산되는 재료의 전기적, 열적 또는 양자 특성을 변조시키는 목적에 적합한 반도체 또는 전도체의 생산에 유용한 재료를 생산하기 위해 추구되는 반응을 활성화시키도록, 보론, 알루미늄, 질소, 갈륨, 인듐, 인, 포스핀 가스, 비소, 안티몬, 비스무트, 리튬, 게르마늄, 실리콘, 제논, 금, 백금, 갈륨 비소, 텔루르, 황, 주석, 아연, 크롬, 갈륨 인, 마그네슘, 카드뮴 텔루라이드, 염소, 나트륨, 카드뮴 설파이드, 요오드 및 불소가 단독으로 또는 상기 요소들 중 어떠한 것과의 조합으로서 어떠한 화학식으로든 포함될 수 있다. 본원에서 후술되는 바와 같이, 열적 특성 또는 양자 상태 특성을 조작하기 위해 이 프로세스에 도펀트를 사용할 때 그에 따른 다이아몬드 재료는 정의상 다이아몬드 반도체가 아니라는 점을 통상의 지식을 가진 기술자는 이해할 것이다. 양자 컴퓨팅 응용 및 기재를 위해 이용되는 경우, 얻어지는 도핑된 다이아몬드 재료는 양자 컴퓨터를 위한 N-V 센터(center)이다. 질소(N)가 도펀트일 것이다. 공동(V)을 달성하기 위한 이차적 동작들이 있을 것이다. 탄소 그래핀(graphene)을 도핑하여 열적 특성을 조작하는 것 역시 반도체가 아니며 동위적으로(isotopically) 순수한 c12 또는 c13 다이아몬드이다.
도 3은 그래파이트 입자에 도핑 재료를 추가한 상태에서 레이저를 이용하여 다이아몬드 상 탄소를 형성하되, 프로세스의 출력으로서 복수의 결정화 입자들이 2차원의 및/또는 3차원의 격자 또는 행렬 유사 구조물을 형성하는 프로세스의 개략도이다.
도 4는 그래파이트 입자에 도핑 재료 및 다이아몬드 시드 재료를 추가한 상태에서 레이저를 이용하여 다이아몬드 상 탄소를 형성하되, 프로세스의 출력으로서 복수의 결정화 입자들이 2차원의 및/또는 3차원의 격자 또는 행렬 유사 구조물을 형성하는 프로세스의 개략도이다.
도 5는 그래파이트 입자에 도핑 재료 및 다이아몬드 시드 재료를 추가한 상태에서 레이저를 이용하여 다이아몬드 상 탄소를 형성하는 프로세스의 개략도이다.
도 6은 그래파이트 입자에 도핑 재료 및 시드 재료로서 다이아몬드 및 기타 재료를 추가한 상태에서 레이저를 이용하여 다이아몬드 상 탄소를 형성하되, 프로세스의 출력으로서 복수의 결정화 입자들이 2차원의 및/또는 3차원의 격자 또는 행렬 유사 구조물을 형성하는 프로세스의 개략도이다.
도 2-6에 제안된 바에 따라 전반적으로 상온/실온 및 상압/실압인 조건에서 구속형 펄스 레이저 증착을 수행하기 위한 장치는 또한 배킹 평면(10), 배킹 평면 상에 배치된 절삭용 코팅(12) 및 배킹 평면(10) 상에 위치하는 투명 구속층(14)을 가진 장치를 포함할 수 있는데, 여기서 절삭용 코팅(12)은 배킹 평면(10)과 투명 구속층(14) 사이에 개재된다. 투명 구속층(14)은 또한 성긴(loose) 그래파이트 입자일 수 있는데, 이들은 프로세스에서 이용되는 레이저 빔(20)에 대해 투명하다. 도핑 재료(도펀트)(30)가 절삭층(12)에 추가될 수 있는데, 이 역시 투명 구속층(14)의 것과 유사한 성긴 그래파이트 입자일 수 있다. 더 나아가, 레이저 빔(20)이 작동되기 전에 절삭층(12)을 형성하는 재료에 도핑 재료(도펀트)(30)가 추가되어, 절삭층(12) 내의 목표 영역(26)에 초점이 잡힌 레이저 빔(20)의 작동을 통해 원하는 반도체 특성을 가진 다이아몬드 입자가 형성되는 것을 촉진시킬 수 있다. 더 나아가, 도 2-6에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(20)이 작동되기 전에 절삭층(12)을 형성하는 재료에 다이아몬드 시드 재료(32)가 추가되어, 절삭용 코팅(12)에 대한 레이저 빔(20)의 작동을 통해 원하는 반도체 특성을 가진 다이아몬드 입자가 형성되는 것을 촉진시킬 수 있다.
도 7은 현재의 프로세스를 통해 생산될 수 있는 전기 컴포넌트(40)의 예시적 평면도이다. 도시된 바와 같이, 본 방법으로 생산될 수 있는 하나의 전기 컴포넌트(40)는 CMOS 인버터일 수 있으나, 이에 제한 또는 제약되는 것은 아니다. 도시된 바와 같이, 절연체(34), 도핑된 다이아몬드 반도체(35) 및 전도체(37)는 전기적으로 연결되어 있고, 단일 평면에 위치하며, 전기 컴포넌트에 걸친 전기적 신호의 전송을 위해 통합 형성(integrally formed)되어 있다. 도시된 바와 같이, 절연체(34)는 일차적으로는 다이아몬드이지만, 본 프로세스의 범위에서 벗어남 없이 산화실리콘(SiO2)을 포함하는 기타 구성요소로 만들어질 수 있는데, 전기 컴포넌트(40)의 상측 부분에 위치하는 절연체의 경우 특히 그러하다. 도시된 바와 같이, 도핑된 다이아몬드 반도체(35)의 구조는, 상기 프로세스를 통해, N(음성)(35a), N(양성)(35b), P(양성)(35c), 및 P(음성)(35d)을 위한 위치들을 포함하여 CMOS 인버터 설계에 의해 요구되는 대로 동작하도록 배열되었다. 더 나아가, 전형적으로 금속으로 구성되는 다양한 전도체(37)가 전기 컴포넌트(40) 내에서 일차적으로 절연체(34)로 정의되는 제1 부분 및 도핑된 다이아몬드 반도체(35)로 형성되고 이루어진 제2 부분 중 어느 부분에 근접 또는 인접하도록 배치되어 있는데, 제1 부분 및 제2 부분은 전기적으로 연결되어 있고, 단일 평면에 위치하며, 전기 컴포넌트(40)에 걸친 전기의 전송을 위해 통합 형성되어 있다. 통상의 지식을 가진 기술자라면 본원에 설명된 프로세스를 이용한 단일 평면에서의 제1 부분 및 제2 부분의 통합 형성은 제1 부분 및 제2 부분이 층으로 적용되지 않으면서도 근접 및 인접하게 되는 것을 가능하게 함을 이해할 것이다.
도시되지는 않았지만, 통상의 지식을 가진 기술자라면 저항기, 트랜지스터, 캐패시터, 인버터(도시됨), 인덕터 또는 다이오드 및/또는 이들의 조합을 포함하는 서브컴포넌트를 포함시킴으로써 본 프로세스를 이용하여 어떠한 개수 및 조합의 전기 컴포넌트(40)를 생산하여 전기 컴포넌트(40)에 걸친 전기의 전송을 위해 전기적으로 연결되고 단일 평면에 배치되는 상기 다양한 서브컴포넌트들을 가진 집적형(integrated) 전기 컴포넌트를 생산할 수 있다는 점을 이해할 것이다. 종합적으로, 전기 컴포넌트의 조합은 종합적으로 집적 회로(38)(미도시)로 형성될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 다이아몬드로부터 형성되고 이루어지며 일차적으로 절연체로 정의되는 적어도 하나의 제1 부분 및 도핑된 다이아몬드 반도체(35)로 형성되고 이루어지며 일차적으로 전도체(37)로 정의 및 구성되는 적어도 하나의 제2 부분에 의해 저항기가 생산될 수 있는데, 여기서 제1 부분 및 제2 부분은 전기적으로 연결되고, 단일 평면에 위치하며, 전기 컴포넌트(40)에 걸친 전기의 전송을 위해 통합 형성된다.
다른 전기 컴포넌트(40)(미도시)는 다이아몬드로부터 형성되고 이루어지며 일차적으로 절연체(34)로 정의되는 적어도 하나의 제1 부분, 그래파이트(29)로 형성되고 이루어지며 일차적으로 전도체(37)로 정의되는 적어도 하나의 제2 부분, 그리고 도핑된 다이아몬드 반도체(35)로 형성되고 이루어지며 일차적으로 반도체로 정의되는 적어도 하나의 제3 부분에 의해 생산될 수 있는데, 여기서 제1 부분, 제2 부분 및 제3 부분은 통합 형성되고 전기 컴포넌트(40)에 걸친 전기 신호의 전송을 위해 함께 동작한다. 전기 컴포넌트의 다른 실시예에서는 제2 부분에 금속이 존재하여 일차적으로 전도체(37)의 역할을 할 수 있다.
통상의 지식을 가진 기술자라면 본 프로세스는 그래핀이 전도체 역할을 하고, 다이아몬드가 절연체 역할을 하며 도핑된 다이아몬드가 반도체 역할을 할 수 있게 함으로써 전기 컴포넌트, 집적 회로 또는 마이크로칩의 생성을 가능하게 한다는 점을 이해할 것이다. 레이저 스폿 사이즈의 정밀도로 이러한 구성요소들을 제어하는 능력은 상기 구조물들의 정밀한 제어를 가능하게 한다. 양자 컴퓨터 조성을 위한 도핑은, 도펀트로 유용한 기타 재료의 제외 또는 제한 없이, 질소를 도펀트 재료로 이용하여 양자 컴퓨터 응용에 유용한 N-V 센터 유형 조작을 위해 수행될 수 있는데, 여기서 질소(N)를 도펀트로 하고 기타 이차적 동작으로 공동(vacancy)(V)을 달성할 수 있다.
바람직한 실시예들을 설명한 바, 도핑된 다이아몬드 반도체 및 제조방법의 기타 특징 및 본원에 예시된 실시예들의 수많은 수정례 및 변형례를 해당 기술분야의 기술자는 분명히 떠올릴 것이지만, 이들 모두는 본원에 개시된 도핑된 다이아몬드 반도체 및 제조방법의 사상 및 범위에서 벗어나지 않으면서 달성될 수 있다. 따라서 본원에 도시 및 설명된 방법 및 실시예는 단지 예시적 목적을 위한 것이며, 본 개시의 범위는 그 안에 담긴 도핑된 다이아몬드 반도체의 사용 및 생산 및 제조방법에서 증가된 기능성 및 수명을 제공하기 위한 모든 방법 및/또는 구조를 포괄한다. 더 나아가, 본원에 도시 및 설명된 방법 및 실시예는, 이하의 청구항에 기재되지 않은 한, 도핑된 다이아몬드 반도체 및 제조방법의 범위를 결코 제한하는 것이 아니다.
도핑된 다이아몬드 반도체 및 제조방법은 본원에 도시 및 설명된 구체적 실시에에 제한되는 것이 아니며 도핑된 다이아몬드 반도체 및 제조방법의 다양한 이점 및/또는 특징을 제공하기 위한 모든 유사한 장치 및 방법에 적용되도록 의도된 것임을 유의해야 할 것이다. 해당 기술분야의 기술자들은, 도핑된 다이아몬드 반도체 및 제조방법의 사상 및 범위에서 벗어남 없이, 설명된 실시예로부터 수정례 및 변형례를 떠올릴 것이다. 본원에 개시된 도핑된 다이아몬드 반도체 및 제조방법은 언급된, 글 및/또는 도면으로부터 자명한, 및/또는 내재된(inherently disclosed) 하나 이상의 개별 특징의 모든 대안적 조합을 포괄하는 것임을 이해해야 한다. 이들 서로 다른 조합 모두는 도핑된 다이아몬드 반도체 및 제조방법 및/또는 그 구성요소들의 다양한 대안적 측면들을 구성하는 것이다. 본원에 설명된 실시예들은 도핑된 다이아몬드 반도체 및 방법 및/또는 그 구성요소의 실시를 위해 알려진 최적 모드(best mode)를 설명하며 해당 기술분야의 다른 기술자들이 이를 활용할 수 있게 할 것이다. 청구항들은 종래기술에서 허용하는 한도 이내에서 대안적 실시예들을 포함하도록 해석되어야 한다.
도핑된 다이아몬드 반도체 및 제조방법이 바람직한 실시예 및 구체적 사례와 연계하여 설명되었지만, 제시된 특정 실시예들로 범위가 제한되도록 하려는 의도가 아닌데, 본원의 실시예들은 모든 면에서 제약적이 아닌 예시적인 의도로 제공되기 때문이다.
다르게 명시되지 않은 한, 본원에 제시된 방법 중 어떠한 것이든 그 단계들이 특정 순서로 수행될 것이 요구되는 것으로 해석되게 하려는 의도가 결코 없다. 이에 따라, 방법 청구항이 그 단계들이 따라야 할 순서를 실제로 기재하지 않거나, 달리 단계들이 특정 순서로 제한된다고 청구항 또는 상세한 설명에 구체적으로 기재되지 않은 한, 어떠한 부면으로든 순서가 추론되게 하려는 의도가 결코 없다. 이는 해석을 위한 어떤 가능한 비명시(non-express) 근거에 대해서도 해당되는데, 여기에는 단계 및 동작 흐름의 배열에 관한 논리의 사항; 문법 체계 또는 문장부호로부터 도출되는 보편적 의미; 명세서에 설명되는 실시예의 수 또는 유형;이 비제한적으로 포함된다.
발명의 범위 또는 사상으로부터 벗어남 없이 다양한 수정례 및 변형례가 만들어질 수 있다는 점이 해당 기술분야의 기술자에게 자명할 것이다. 다른 실시예들은 본원에 개시된 명세서 및 실시를 고려함에 따라 해당 기술분야의 기술자에게 자명해질 것이다. 명세서 및 사례들은 단지 예시적인 것으로 고려되도록 의도된 것이며, 발명의 진정한 범위 및 사상은 이하의 청구항에 의해 지시된다.
Claims (26)
- 전기 컴포넌트의 생산을 위한 구속형 펄스 레이저 증착 방법으로서,
a) 투명 구속층 및 배킹 평면(backing plane) 사이에 그래파이트 입자 및 도펀트 재료를 포함하는 절삭용 코팅을 배치하는 단계;
b) 전반적으로 상온 및 상압인 조건에서(at generally ambient temperature and pressure) 상기 절삭용 코팅을 조사하여 절삭하도록 상기 투명 구속층을 통과하여 레이저 빔을 인가하는 단계;
c) 상기 레이저 빔을 이용하여 상기 절삭용 코팅을 산화 플라즈마 가스로 기화시키는 단계;
d) 상기 구속층 및 상기 배킹 평면 사이에 레이저 유도 압력(laser induced pressure)을 생성하도록 상기 구속층을 사용하여 상기 기화된 절삭용 코팅을 구속하는 단계; 및
e) 상기 구속층 및 상기 배킹 평면 사이의 상기 레이저 유도 압력을 이용하여 상기 절삭용 코팅으로부터 메타페이즈(metaphase)를 합성(synthesizing)하여 전기 컴포넌트를 형성하는 단계를 포함하되,
상기 전기 컴포넌트는,
i. 다이아몬드로부터 형성되고 다이아몬드로 이루어지며 일차적으로 절연체로 정의되는 적어도 하나의 제1 부분;
ii. 그래파이트로부터 형성되고 그래파이트로 이루어지며 일차적으로 전도체로 정의되는 적어도 하나의 제2 부분;
iii. 도핑된 다이아몬드로부터 형성되고 도핑된 다이아몬드로 이루어지며 일차적으로 반도체로 정의되는 적어도 하나의 제3 부분;을 더 포함하되,
iv. 상기 제1 부분, 상기 제2 부분 및 상기 제3 부분은 전기적으로 연결되고, 단일 평면에 위치하며, 상기 전기 컴포넌트에 걸친 전기적 신호의 전송을 위해 통합 형성(integrally formed)되는 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트 생산을 위한 구속형 펄스 레이저 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제2 부분에는 금속성 화합물이 존재하는 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트 생산을 위한 구속형 펄스 레이저 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전기 컴포넌트는 저항기, 트랜지스터, 캐패시터, 인버터, 인덕터 또는 다이오드 또는 이들의 조합으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트 생산을 위한 구속형 펄스 레이저 증착 방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 전기 컴포넌트는 저항기, 트랜지스터, 캐패시터, 인버터, 인덕터 또는 다이오드 또는 이들의 조합으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트 생산을 위한 구속형 펄스 레이저 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전기 컴포넌트는 저항기, 트랜지스터, 캐패시터, 인버터, 인덕터 또는 다이오드 또는 이들의 조합으로 형성되고, 복수 개의 상기 전기 컴포넌트가 더 조립되어 집적 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트 생산을 위한 구속형 펄스 레이저 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 절삭용 코팅은 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트 생산을 위한 구속형 펄스 레이저 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 재료는, 생산되는 재료의 전기적, 열적 또는 양자 특성을 변조시키는 목적에 적합한 도핑된 반도체 또는 도핑된 전도체의 생산에 유용한 재료를 생산하기 위해 추구되는 반응을 활성화시키도록, 보론(boron), 알루미늄(aluminium), 질소(nitrogen), 갈륨(gallium), 인듐(indium), 인(phosphorus), 포스핀 가스(phosphine gas), 비소(arsenic), 안티몬(antimony), 비스무트(bismuth), 리튬(lithium), 게르마늄(germanium), 실리콘(silicon), 제논(xenon), 금(gold), 백금(platinum), 갈륨 비소(gallium arsenide), 텔루르(tellurium), 황(sulphur), 주석(tin), 아연(zinc), 크롬(chromium), 갈륨 인(gallium phosphide), 마그네슘(magnesium), 카드뮴 텔루라이드(cadmium telluride), 염소(chlorine), 나트륨(sodium), 카드뮴 설파이드(cadmium sulfide), 요오드(iodine) 및 불소(fluorine)로 이루어진 군으로부터 단독으로 또는 상기 요소들 중 어떠한 것과의 조합으로서 어떠한 화학식으로든 선택되는 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트 생산을 위한 구속형 펄스 레이저 증착 방법.
- 전기 컴포넌트로서,
a) 다이아몬드로부터 형성되고 다이아몬드로 이루어지며 일차적으로 절연체로 정의되는 적어도 하나의 제1 부분;
b) 그래파이트로부터 형성되고 그래파이트로 이루어지며 일차적으로 전도체로 정의되는 적어도 하나의 제2 부분; 및
c) 도핑된 다이아몬드로부터 형성되고 도핑된 다이아몬드로 이루어지며 일차적으로 반도체로 정의되는 적어도 하나의 제3 부분;을 포함하되,
d) 상기 제1 부분, 상기 제2 부분 및 상기 제3 부분은 전기적으로 연결되고, 단일 평면에 위치하며, 상기 전기 컴포넌트에 걸친 전기적 신호의 전송을 위해 통합 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트.
- 제 8 항에 있어서,
상기 제1 부분, 상기 제2 부분 및 상기 제3 부분은 층져지지 않은(non-layered) 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트.
- 제 8 항에 있어서,
상기 제1 부분, 상기 제2 부분 및 상기 제3 부분은 상기 단일 평면에서 서로에 대해 인접한 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트.
- 제 8 항에 있어서,
상기 제1 부분, 상기 제2 부분 및 상기 제3 부분은 상기 단일 평면에서 서로에 대해 인접할 수 있는 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트.
- 제 8 항에 있어서,
상기 제2 부분에는 금속성 화합물이 존재하는 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트.
- 제 8 항에 있어서,
상기 전기 컴포넌트는 저항기, 트랜지스터, 캐패시터, 인버터, 인덕터 또는 다이오드 또는 이들의 조합으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트.
- 제 9 항에 있어서,
상기 전기 컴포넌트는 저항기, 트랜지스터, 캐패시터, 인버터, 인덕터 또는 다이오드 또는 이들의 조합으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트.
- 제 8 항에 있어서,
상기 전기 컴포넌트는 저항기, 트랜지스터, 캐패시터, 인버터, 인덕터 또는 다이오드 또는 이들의 조합으로 형성되고, 복수 개의 상기 전기 컴포넌트가 더 조립되어 집적 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트.
- 제 8 항에 있어서,
상기 전기 컴포넌트의 전기적, 열적 또는 양자 특성을 변조시키려는 목적으로 형성된 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트.
- 제 8 항에 있어서,
상기 전기 컴포넌트가 연결되는 회로의 전기적, 열적 또는 양자 특성을 변조시키려는 목적으로 형성된 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트.
- 전기 컴포넌트로서,
a) 다이아몬드로부터 형성되고 다이아몬드로 이루어지며 일차적으로 절연체로 정의되는 적어도 하나의 제1 부분; 및
b) 도핑된 다이아몬드로부터 형성되고 도핑된 다이아몬드로 이루어지며 일차적으로 전도체로 정의되는 적어도 하나의 제2 부분;을 포함하되,
c) 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 전기적으로 연결되고, 단일 평면에 위치하며, 상기 전기 컴포넌트에 걸친 전기의 전송을 위해 통합 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트.
- 제 16 항에 있어서,
상기 전기 컴포넌트는 저항기인 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트.
- 제 16 항에 있어서,
제3 부분이 도핑된 다이아몬드로부터 형성되고 도핑된 다이아몬드로 이루어지며 일차적으로 반도체로 정의되고, 상기 제1 부분, 상기 제2 부분 및 상기 제3 부분은 단일 평면에 위치하고 상기 전기 컴포넌트에 걸친 전기의 전송을 위해 통합 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트.
- 제 17 항에 있어서,
제4 부분이 금속으로부터 형성되고 금속으로 이루어지며 일차적으로 전도체로 정의되고, 상기 제4 부분은 상기 제1 부분, 상기 제2 부분 및 상기 제3 부분과 전기적으로 연결되고 통합 형성되며, 상기 전기 컴포넌트에 걸친 전기의 전송을 위해 상기 제1, 제2 및 제3 부분과 동일한 평면에 위치하는 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트.
- 제 16 항에 있어서,
상기 전기 컴포넌트는 저항기, 트랜지스터, 캐패시터, 인덕터 또는 다이오드 또는 이들의 조합으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트.
- 제 16 항에 있어서,
상기 전기 컴포넌트는 저항기, 트랜지스터, 캐패시터, 인버터, 인덕터 또는 다이오드 또는 이들의 조합으로 형성되고, 복수 개의 상기 전기 컴포넌트가 더 조립되어 집적 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 전기 컴포넌트.
- a) 투명 구속층 및 배킹 평면(backing plane) 사이에 그래파이트 입자 및 도펀트 재료를 포함하는 절삭용 코팅을 배치하는 단계;
b) 일반적으로 상온 및 상압인 조건에서 상기 절삭용 코팅을 조사하여 절삭하도록 상기 투명 구속층을 통과하여 레이저 빔을 인가하는 단계;
c) 상기 레이저 빔을 이용하여 상기 절삭용 코팅을 산화 플라즈마 가스로 기화시키는 단계;
d) 상기 구속층 및 상기 배킹 평면 사이에 레이저 유도 압력(laser induced pressure)을 생성하도록 상기 구속층을 사용하여 상기 기화된 절삭용 코팅을 구속하는 단계; 및
e) 상기 구속층 및 상기 배킹 평면 사이의 상기 레이저 유도 압력을 이용하여 상기 절삭용 코팅으로부터 메타페이즈(metaphase)를 합성(synthesizing)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구속형 펄스 레이저 증착 방법.
- 제 23 항에 있어서,
상기 절삭용 코팅은 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 구속형 펄스 레이저 증착 방법.
- 제 23 항에 있어서,
상기 도펀트 재료는, 생산되는 재료의 전기적, 열적 또는 양자 특성을 변조시키는 목적에 적합한 도핑된 반도체 또는 도핑된 전도체의 생산에 유용한 재료를 생산하기 위해 추구되는 반응을 활성화시키도록, 보론(boron), 알루미늄(aluminium), 질소(nitrogen), 갈륨(gallium), 인듐(indium), 인(phosphorus), 포스핀 가스(phosphine gas), 비소(arsenic), 안티몬(antimony), 비스무트(bismuth), 리튬(lithium), 게르마늄(germanium), 실리콘(silicon), 제논(xenon), 금(gold), 백금(platinum), 갈륨 비소(gallium arsenide), 텔루르(tellurium), 황(sulphur), 주석(tin), 아연(zinc), 크롬(chromium), 갈륨 인(gallium phosphide), 마그네슘(magnesium), 카드뮴 텔루라이드(cadmium telluride), 염소(chlorine), 나트륨(sodium), 카드뮴 설파이드(cadmium sulfide), 요오드(iodine) 및 불소(fluorine)로 이루어진 군으로부터 단독으로 또는 상기 요소들 중 어떠한 것과의 조합으로서 어떠한 화학식으로든 선택되는 것을 특징으로 하는 구속형 펄스 레이저 증착 방법.
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US15/627,426 US20180006121A1 (en) | 2016-06-17 | 2017-06-19 | Doped Diamond Semi-Conductor and Method of Manufacture |
| US15/627,426 | 2017-06-19 | ||
| US15/836,570 US20180114835A1 (en) | 2016-06-17 | 2017-12-08 | Doped Diamond SemiConductor and Method of Manufacture |
| US15/836,570 | 2017-12-08 | ||
| PCT/US2018/038099 WO2018236760A1 (en) | 2017-06-19 | 2018-06-18 | DOPED DIAMOND SEMICONDUCTOR AND METHOD OF MANUFACTURING |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200053464A true KR20200053464A (ko) | 2020-05-19 |
| KR102638845B1 KR102638845B1 (ko) | 2024-02-20 |
Family
ID=64737422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020207001880A KR102638845B1 (ko) | 2017-06-19 | 2018-06-18 | 도핑된 다이아몬드 반도체 및 레이저 절제를 이용한 제조방법 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3642868A4 (ko) |
| KR (1) | KR102638845B1 (ko) |
| CN (1) | CN110998796A (ko) |
| WO (1) | WO2018236760A1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05175359A (ja) * | 1991-12-20 | 1993-07-13 | Fujitsu Ltd | ダイヤモンド多層配線基板の製造方法 |
| JPH07115191A (ja) * | 1993-02-23 | 1995-05-02 | Kobe Steel Ltd | ダイヤモンド電界効果トランジスタ及びその製造方法 |
| JPH10261712A (ja) * | 1997-03-19 | 1998-09-29 | Sanyo Electric Co Ltd | 導電領域の形成方法及び薄膜素子 |
| US20110210479A1 (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-01 | Yingling Yang | Confined pulsed laser deposition method for depositing metastable thin film |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5298106A (en) * | 1991-07-08 | 1994-03-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method of doping single crystal diamond for electronic devices |
| JP3117563B2 (ja) * | 1992-11-24 | 2000-12-18 | 株式会社神戸製鋼所 | ダイヤモンド薄膜電界効果トランジスタ |
| US20060163584A1 (en) * | 2005-01-26 | 2006-07-27 | Robert Linares | Boron-doped diamond semiconductor |
| WO2013126927A2 (en) * | 2012-02-26 | 2013-08-29 | Solexel, Inc. | Systems and methods for laser splitting and device layer transfer |
| US9212546B2 (en) * | 2012-04-11 | 2015-12-15 | Baker Hughes Incorporated | Apparatuses and methods for obtaining at-bit measurements for an earth-boring drilling tool |
| WO2015034494A1 (en) * | 2013-09-05 | 2015-03-12 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Memristor structures |
| RU2585311C1 (ru) * | 2014-12-11 | 2016-05-27 | Российская Федерация, в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ изготовления углеродных пленок со структурой алмаза, легированных бором |
| RU2597447C2 (ru) * | 2014-12-12 | 2016-09-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Лазерный способ получения функциональных покрытий |
-
2018
- 2018-06-18 WO PCT/US2018/038099 patent/WO2018236760A1/en unknown
- 2018-06-18 CN CN201880053445.2A patent/CN110998796A/zh active Pending
- 2018-06-18 EP EP18820671.8A patent/EP3642868A4/en active Pending
- 2018-06-18 KR KR1020207001880A patent/KR102638845B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05175359A (ja) * | 1991-12-20 | 1993-07-13 | Fujitsu Ltd | ダイヤモンド多層配線基板の製造方法 |
| JPH07115191A (ja) * | 1993-02-23 | 1995-05-02 | Kobe Steel Ltd | ダイヤモンド電界効果トランジスタ及びその製造方法 |
| JPH10261712A (ja) * | 1997-03-19 | 1998-09-29 | Sanyo Electric Co Ltd | 導電領域の形成方法及び薄膜素子 |
| US20110210479A1 (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-01 | Yingling Yang | Confined pulsed laser deposition method for depositing metastable thin film |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3642868A4 (en) | 2021-04-07 |
| KR102638845B1 (ko) | 2024-02-20 |
| EP3642868A1 (en) | 2020-04-29 |
| WO2018236760A1 (en) | 2018-12-27 |
| CN110998796A (zh) | 2020-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20230187502A1 (en) | Doped Diamond SemiConductor and Method of Manufacture Using Laser Abalation | |
| JPWO2007148476A1 (ja) | 半導体の熱処理方法 | |
| JP2012503886A (ja) | オクタデカボラン自己アモルファス化注入種を使用する無欠陥接合形成 | |
| CN105185818A (zh) | 半导体晶片和用于处理半导体晶片的方法 | |
| CN111373508B (zh) | 用于经减薄的碳化硅器件中欧姆触点的方法和组件 | |
| US6939748B1 (en) | Nano-size semiconductor component and method of making | |
| JP7024433B2 (ja) | 不純物導入装置、不純物導入方法及び炭化ケイ素半導体装置の製造方法 | |
| JP2012146716A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| Narazaki et al. | Study on nonthermal–thermal processing boundary in drilling of ceramics using ultrashort pulse laser system with variable parameters over a wide range | |
| US9620396B1 (en) | Laser anneal of buried metallic interconnects including through silicon vias | |
| CN115336019A (zh) | 用于量子比特应用的全半导体约瑟夫逊结器件 | |
| US20180006121A1 (en) | Doped Diamond Semi-Conductor and Method of Manufacture | |
| US9837599B1 (en) | Films and the like produced from particles by processing with electron beams, and a method for production thereof | |
| KR102638845B1 (ko) | 도핑된 다이아몬드 반도체 및 레이저 절제를 이용한 제조방법 | |
| KR101780441B1 (ko) | 레이저를 이용한 그래핀 필름 제조장치 및 이의 제조방법 | |
| JP5166665B2 (ja) | 結晶性物質の電子及び光電特性を局所的に変更する方法及びこのような物質製の素子 | |
| US20180114835A1 (en) | Doped Diamond SemiConductor and Method of Manufacture | |
| US9679773B1 (en) | Method for thermal annealing and a semiconductor device formed by the method | |
| Liu et al. | Circular and rectangular via holes formed in SiC via using ArF based UV excimer laser | |
| TWI609405B (zh) | 一種電子束加工系統 | |
| JP6614651B2 (ja) | シリコンナノ粒子の製造方法及び装置 | |
| TWI618272B (zh) | 用於金屬導電性強化的磁場導引式晶體方向系統 | |
| JP2010283219A (ja) | 半導体デバイス向け半導体基板の製造方法、半導体デバイスの製造方法、半導体デバイスの製造装置 | |
| CN106471605A (zh) | 宽带隙半导体上的欧姆触点的形成 | |
| CN104183668A (zh) | 太阳能电池单元的制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |