SU1083915A3 - Способ получени полупроводникового алмаза - Google Patents

Способ получени полупроводникового алмаза Download PDF

Info

Publication number
SU1083915A3
SU1083915A3 SU782624803A SU2624803A SU1083915A3 SU 1083915 A3 SU1083915 A3 SU 1083915A3 SU 782624803 A SU782624803 A SU 782624803A SU 2624803 A SU2624803 A SU 2624803A SU 1083915 A3 SU1083915 A3 SU 1083915A3
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
ions
diamond
crystal
carbon
bombardment
Prior art date
Application number
SU782624803A
Other languages
English (en)
Inventor
Стюарт Нельсон Ричард
Адриан Хадсон Джон
Джон Мейзи Дэвид
Original Assignee
Нэшнл Рисерч Дивелопмент Корпорейшн (Фирма)
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 Нэшнл Рисерч Дивелопмент Корпорейшн (Фирма) filed Critical Нэшнл Рисерч Дивелопмент Корпорейшн (Фирма)
Application granted granted Critical
Publication of SU1083915A3 publication Critical patent/SU1083915A3/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/04Diamond
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B1/00Single-crystal growth directly from the solid state

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО АЛМАЗА путем бомбардировки его потоком ионов углерода, отличающийс  тем, что, с целью улучшени  электрических свойств, процесс ведут при 600-1075 С и энергии ионов углерода 1-100 кэВ с одновременной или последующей бомбардировкой ионами легирующей примеси. 2.Способ по п. 1,отличающий с   тем, что в качестве легирующей примеси используют ионы бора , фосфора, мыЕ1Ь ка, лити  или натри  . 3.Способ по пп. 1 и 2, отличающийс  тем, что, с целью получени  р-И-перехода, к потоку ионов углерода добавл ют легирующую примесь одного типа проводимости, a § последующую бомбардировку ведут ионами легирующей примеси противополож ного типа проводимости. 4.Способ по пп. 1-3, о ТЛ и ч аю щ и и с   тем, что процесс ведут в вакуумной камере при давлении 10 10 торр.

Description

11 Изобретение относитс  к способу получени  полупроводникового алмаза. Известен способ бомбардировки алмаза при комнатной температуре после отжига при повьппенных температурах l Хот  бомбардировка при комнатной температуре после отжига может оказатьс  успешной при применении кремни , доказана неэффективность ее дл  алмаза, так как алмазна  структура, превративша с  в аморфный углерод, н может быть регенерирована простым нагревом до повьпленной температуры, важно, чтобы бомбардировка вьтолн лась , пока кристалл находитс  при по вышенных температурах. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ получени  полупровод никового алмаза путем обработки его потоком ионов углерода при комнатной температуре с последующим отжигом 2J Доза облучени  низка, а алмаз  вл етс  таким хорошим проводником теп ла, что подъем температуры во врем  облучени  будет незначительным. Так как температура не достигает , а почти равн етс  окружающей, алмаз превращаетс  в аморфную или гр фитовую форму, и электрические свойс за соответствуют тому, что алмаз постепенно разрушаетс  при низкой дозе внедрени  углерода. Кроме того, наличие азота в природном алмазе отрицательно вли ет на его полупроводниковые свойства, получаемь(е простой бомбардировкой природных алмазов легирующими примес ми. Цель изобретени  - улучшение электрических свойств. Указанна  цель достигаетс  тем, что согласно способу получени  полупроводникового алмаза путем бомбардировки его потоком ионов углерода процесс ведут при 600-1075 С и энергии ионов углерода 1-100 кэВ с одновременной или последукщей бом .бардировкой ионами легирующей примеси , В качестве легирующей примеси используют преимущественно ионы бора, фосфора, мьшь ка, лити  или натри . С целью получени  р-п-перехода, к потоку ионов углерода добавл ют легирующую примесь одного типа проводимости , а последующую бомбардиров ку ведут ионами легирующей примеси противоположного типа проводимости.. 51 Преимущественно процесс ведут в вакуумной камере при давлении 1С 10 торр. Легирующие примеси могут быть в потоке ионов углерода, удар ющих.с  о кристаллическую мишень, обычно в количестве, не превьппающем 0,1% от потока, причем в этом случае рост кристалла и введение примеси происход т одновременно и примесь сообщает либо проводимость типа р, либо проводимость типа п. Бомбардировка кристалла потоком ионов углерода и потоком Ионов примеси может происходить и поочередно. В последнем случае обычно производ т вьфащивание сло  алмаза, а затем путем бомбардировки ввод т ионы примеси. Эти этапы повтор ют при необходимости до тех пор, пока не будет достигнута желаема , толщина при росте сло  алмаза с примесью . Дл  достижени  фактически однородной концентрации примеси в слое выращиваемого алмаза допускаема  его наращиваема  толщина обычно достигает не более 1OQ А и предпочтительно не более 50 А перед введением примеси. Ионы углерода, а также ионы примеси, вызывающей проводимости типа р или И на различных источниках ионов, можно ускор ть, а также комбинировать эти источники, если бомбардировку осуществл ют одновременно различньми ионами,, перед попаданием ионов на поверхность кристалла, причем регулирование указанных потоков, как правило, осуществл ют независимо друг от друга. Ионы примеси, массы которых близки к массам углерода, например примеси бора, могут быть получены и ускорены на одной и той же эмиссионной машине. При необходимости получени  р-пперехода кристалл подвергают бомбардировке потоком .ионов углерода, содержащим примесь, вызывающую проводимость либо типа р, либо типа ц, а затем бомбардировке ионами, вызывающими другой тип проводимости, причем указанную бомбардировку осуществл ют с ионами углерода или без них в зависимости от глубины, требуемой дл  перехода и лежащей под поверхностью кристалла. При этом услови  бомбардировки должны быть соответствующим образом подобраны, чтобы исключить дефект. вызываемый радиацией и привод щий к аморфности алмаза. Показатель рассеивани , т.е. число атомов, удал емое с поверхности кристалла при ударе иона, менее единицы , поскольку в противном случае происходило бы сжатие кристалла, подвергаемого бомбардировке. Преимуществом предлагаемого спосо ба  вл етс  то, что поверхность алмаза , подвергаема  бомбардировке, не об зательно должна быть идеальной и может даже быть покрыта поверхностным слоем загр зн ющего материала . Поэтому, как правило, нет необходимости прибегать к методам тщательной очистки, включающей, например , удаление смазки с последующим окислением дл  получени  идеальной поверхности. На практике ионы углерода, как правило, имеют единичный зар д и представл ют собой изотоп С-12, однако могут представл ть собой и иной изотоп. Энерги  ионов углерода и присадки используемых при бомбардировке, долж на быть достаточной дл  соответствующего вхождени  в растущий кристалл алмаза, причем рассто ние при вхождении должно по меньшей мере быть равным 10 атомным размерам. Энерги  ниже 600 эВ не может обеспечить требуемую глубину внедрени , дл  этого необходима энерги  по меньшей мере 1 кэВ, например 5-30 кэВ. Энерги  до 100 кэВ дает удовлетворительные результаты. Температура, при которой происходит переход от кристаллического состо ни  в аморфное, зависит от интенсивности потока ионов углерода, если температура кристалла слишком низка, то имеет место тенденци  к аморфизации . Если температура равна по меньшей мере 400 С, алмаз может быть под вергнут бомбардировке с интенсивностью , обеспечивающей скорость роста алмаза до 0,1 мм/ч. Когда температур по меньшей мере равна 600 С, интенси ность потока может быть така , чтобы давать скорость роста 3,2 мм/ч. Несмотр  на то, что более высокие температуры могут позволить использование более высокой интенсивности пото ка, температура начала графитизации не должна быть превышена. Температур графитизации зависит от чистоты образца алмаза и от вакуума, под которым находитс  образец, эта температура может быть определена в результате простого эксперимента. Удовлетворительные результаты получены при 800 С или больше, например при , подложка может быть нагрета и до более высоких температур, однако не Bbmie 1075 С. Использование высоких температур позвол ет осуществл ть предлагаемый способ без перерыва на отжиг алмазной мишени. Чрезмерный разогрев, вследствие весьма высокой скорости потока, создает тенденцию к повреждению мишени плотность тока, определ юща  интенсивность потока, должна быть небольшой, обычно ниже 0,01 мА/см. Верхн   граница давлени  в камере, через которую проходит поток ионов (этот поток, как правило, имеет форму луча), может быть определена способностью ионного пучка пересекать камеру и бомбардировать мишень, а такт же остаточным давлением кислорода в камере, оказывакмцим воздействие на температуру графитизации. Как прави- ло, это давление не превьш1ает 10 торр и предпочтительно оно не выше . Несмотр  на то, что на практике давление не может быть вьше 10 торр, обычно неудобно снижать давление до уровн  ниже 10 торр. Дл  бомбардировки может быть использоваь ускоритель т желых ионов. В ускорителе может быть сформирован пучок ионов бора, например, из изол тов нитрида бора в источнике, что вызывает фоновое загр знение системы. В типичном варианте работы при включении ускорител  образец облучают пучком положительных ионов углерода с энергией 30 кэВ, затем измен ют ускор ющий потенциал, довод  его до 32,5 кэВ, установку магнита поддерживают неизменной, а ио- ны В в виде пучка подают на участок облучени . Может быть проведено выращивание алмаза толщиной 600 А, а затем проведена имплантаци  до тех пор, пока не будет достигнуто требуемое выращивание кристалла, обычно равное 2 мкм. Образцы, получаемые с концентраци ми бора по сло м выращивани , содержат в среднем 50, 160 и 345 ч/млн. Пример 1. Введение примеси бора при росте кристалла алмаэа. Двойниковый кристалл по плоскости (га) нагревают до в вакууме и поочередно подвергают облучению ионами С с энергией 30 кэ и ионами бора В с энергией 32,5 кэБ Облучение ионами С и имеет нужную интенсивность и длительность дл  того, чтобы создать рост алмаза, соответствуквдий 3,4 мкм, фактически с однородной концентрацией бора, равно приблизительно 330 ч/мл. Полученна  при такой ,кристаллизации нарощенна  частьпро вл ет все характерные особенности природного алмаза, имеющие место при вращении в процессе облуче НИН щшком ионов С энергией. 30 кэБ. При испытании четырех проб установле но, что слой, полученный выращивание  вл етс  провод щим и его сопротивле ние составл ет пор дка 10 Ом/см. Пример 2. Выращивание полупроводн кового сло  с проводимостью р-типа. Двойниковый кристалл треугольной формы с боковой стороной 4 и-толщиной 1-2 мм очищают и помещают на графитовой мишени, представл ющей собой зону нагрева. Бомбардируема  поверхность кристалла отполирована и имеет ориентацию (Ш). Небольщой участок поверхности закрыт маской, представл ющей собой графитовое тормоз щее покрытие, выращивание алмаза в период последующего облучени  проГисходит на участке без графитовой, маски. Зона мишени с установленным в ней кристаллом алмаза расположена в камере облучени  ускорител  т желых ионов так, чтобы поверхность (Ш) с нанесенной маской у алмаза была расположеиа под пр мьм углом к ионному пуч ку, поступающему от источника. В камере с мишенью остаточное давление до вод т до уровн  10 торр и образец разогревают до 800 С. Затем образец поочередно подвергают бомбардировке ионами С и В с энергией 30 кэЬ при поддержании температуры во врем  ионных бомбардировок на уровне 800+20 С. Период времени, в течение которого осуществл ют бомбардировку ионами В, выбирают так, чтобы получить в среднем концентрацию Ионов В, равную 300 с/млн. Врем  дл  имплантации ионов С берут таким, чтобы каждый этаПрвыращивани  приблизительно на 500 А осуществл лс  между каждой имплантацией Б. Образец подвергают охлаждению до температуры окружающего воздуха, извлекают из зоны облучени  и очищают. Измеренное увеличение толщины за счет выращивани  составл ет 2 мм. Образец подвергают термообработке в вакууме в течение 15 мш при 1500 С и охлаждают до температуры окружающего воздуха. Электрические испытани  (по четьфем точкам и теплова  проба) на поверхности кристалла, подвергнутой бомбардировке, позвол ют установить, что сопротивление плоского образца составл ет приблизительно 1 X 10 на квадрате, а также установить наличие носителей р-типа . Проводимость не обнаружена при испытани х по четырем точкам на полированной поверхности (Ш), не подвергнутой бомбардировке двойникового ;кристалла алмаза. ; Наличие бора в выращенном кристалле подтверждено масс-спектроскопией вторичного иона. Исследуемый кристалл помещали в приборе Самеса и на небольщом участке поверхности со структурой (Ш), подвергнутой бомбардировке с помощью ионов кислорода, имеющих энергию 2 кэВ, вырывали молекулы из образца, помещенного в зону мишени. Бор обнаружен в выбитых молекулах по всему выращенному слою.

Claims (4)

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО АЛМАЗА путем бомбардировки его потоком ионов углерода, отличающийся тем, что, с целью улучшения электрических свойств, процесс ведут при 600-1075°С и энергии ионов углерода 1-100 кэВ с одновременной или последующей бомбардировкой ионами легирующей примеси.
2. Способ поп. ^отличающийся тем, что в качестве легирующей примеси используют ионы бора, фосфора, мышьяка, лития или натрия .
3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью получения р-h-перехода, к потоку ионов углерода добавляют легирующую примесь одного типа проводимости, а последующую бомбардировку ведут ионами легирующей примеси противоположного типа проводимости.
4. Способ по пп. 1-3, о тл и чающий с я тем, что процесс ведут в вакуумной камере при давлении 10'^10*9 ТОрр,
SU782624803A 1977-06-02 1978-06-01 Способ получени полупроводникового алмаза SU1083915A3 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB23468/77A GB1599668A (en) 1977-06-02 1977-06-02 Semiconductors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1083915A3 true SU1083915A3 (ru) 1984-03-30

Family

ID=10196107

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU782624803A SU1083915A3 (ru) 1977-06-02 1978-06-01 Способ получени полупроводникового алмаза

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4277293A (ru)
CA (1) CA1098219A (ru)
GB (1) GB1599668A (ru)
SU (1) SU1083915A3 (ru)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4495044A (en) * 1983-05-17 1985-01-22 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Diamondlike flakes
US4571447A (en) * 1983-06-24 1986-02-18 Prins Johan F Photovoltaic cell of semi-conducting diamond
JPS63107898A (ja) * 1986-10-23 1988-05-12 Natl Inst For Res In Inorg Mater プラズマを用いるダイヤモンドの合成法
US4929489A (en) * 1987-07-20 1990-05-29 Dreschhoff Gisela A M Method of making and using selective conductive regions in diamond layers
US5051785A (en) * 1989-06-22 1991-09-24 Advanced Technology Materials, Inc. N-type semiconducting diamond, and method of making the same
CA2021020A1 (en) * 1989-07-13 1991-01-14 Johan Frans Prins Diamond diode structure
US5129850A (en) * 1991-08-20 1992-07-14 Motorola, Inc. Method of making a molded field emission electron emitter employing a diamond coating
US5141460A (en) * 1991-08-20 1992-08-25 Jaskie James E Method of making a field emission electron source employing a diamond coating
US5334283A (en) * 1992-08-31 1994-08-02 The University Of North Carolina At Chapel Hill Process for selectively etching diamond
US5410166A (en) * 1993-04-28 1995-04-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force P-N junction negative electron affinity cathode
US5609926A (en) * 1994-03-21 1997-03-11 Prins; Johan F. Diamond doping
JPH09106958A (ja) * 1995-06-23 1997-04-22 De Beers Ind Diamond Div Ltd 結晶基体のドーピング
WO2002031839A1 (en) * 2000-10-09 2002-04-18 The University Of Chicago N-type doping of nanocrystalline diamond films with nitrogen and electrodes made therefrom
US6793849B1 (en) * 2000-10-09 2004-09-21 The University Of Chicago N-type droping of nanocrystalline diamond films with nitrogen and electrodes made therefrom
US6753469B1 (en) 2002-08-05 2004-06-22 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Very high efficiency, miniaturized, long-lived alpha particle power source using diamond devices for extreme space environments
US20070062300A1 (en) * 2003-09-25 2007-03-22 Dorfman Benjamin F Method and apparatus for straining-stress sensors and smart skin for air craft and space vehicles
CN113957397B (zh) * 2021-10-22 2024-05-14 埃频(上海)仪器科技有限公司 一种脉冲激光分子束外延装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA727830A (en) * 1966-02-08 General Electric Company Rectifiers made from p-type semiconductors
NL281867A (ru) * 1961-08-09
US3142595A (en) * 1961-08-31 1964-07-28 Gen Electric Bulk junctions employing p-type diamond crystals and method of preparation thereof
US3383567A (en) * 1965-09-15 1968-05-14 Ion Physics Corp Solid state translating device comprising irradiation implanted conductivity ions
US3630679A (en) * 1968-06-26 1971-12-28 Univ Case Western Reserve Diamond growth process
US3961103A (en) * 1972-07-12 1976-06-01 Space Sciences, Inc. Film deposition
US4191735A (en) * 1973-06-07 1980-03-04 National Research Development Corporation Growth of synthetic diamonds

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Патент US № 3383567, кл. 317-234, 1968. 2. Hazer I.I. dt, at Hard conducting implanted dianrond Layers. Appl. Phus Left, 1977, v. 30, W , p. 129130 (прототип). *

Also Published As

Publication number Publication date
US4277293A (en) 1981-07-07
CA1098219A (en) 1981-03-24
GB1599668A (en) 1981-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SU1083915A3 (ru) Способ получени полупроводникового алмаза
US4584026A (en) Ion-implantation of phosphorus, arsenic or boron by pre-amorphizing with fluorine ions
US20050106824A1 (en) Method for suppressing transient enhanced diffusion of dopants in silicon
US7410890B2 (en) Formation of doped regions and/or ultra-shallow junctions in semiconductor materials by gas-cluster ion irradiation
EP0573312B1 (en) Diamond doping
JPH0639694B2 (ja) イオン注入方法
Bousetta et al. Ultra low energy (100–2000 eV) boron implantation into crystalline and silicon-preamorphized silicon
WO2019082536A1 (ja) 基板の熱処理方法
Chen et al. Orientation and temperature dependence of electron damage in n-type germaniun
JP3165536B2 (ja) 半導体ダイヤモンドの形成方法及び装置
TW201730930A (zh) 磊晶晶圓的製造方法以及磊晶晶圓
JPH05117088A (ja) ダイヤモンドのn型及びp型の形成方法
JP2005132648A (ja) n型半導体ダイヤモンドの製造方法及びn型半導体ダイヤモンド
JP7416270B2 (ja) エピタキシャルシリコンウェーハ及びその製造方法、並びに半導体デバイスの製造方法
Kozanecki et al. Ion beam analysis of 6H SiC implanted with erbium and ytterbium ions
JP2679011B2 (ja) 不純物原子の導入方法
US5294557A (en) Implanting impurities in semiconductors and semiconductor implanted with impurities
KR20060096177A (ko) n형 반도체 다이아몬드의 제조 방법 및 n형 반도체 다이아몬드
SU561331A1 (ru) Способ получени слоев карбида кремни
Wilson et al. Amorphization implants and low temperature rapid thermal processing to form low sheet resistance, shallow junction, boron implanted layers
JP2669207B2 (ja) IV族半導体分子線エピタキシャル成長におけるn型不純物ドーピング方法
JPS5992997A (ja) 分子線エピタキシヤル成長法を用いた薄膜の形成方法
JPH05117089A (ja) ダイヤモンドのn型及びp型の形成方法
TW201234429A (en) Method of doping
Miyamoto et al. Hydrocarbon Gettering Effect for Contaminants from Factory Environment