一种基于金刚石晶格的半导体材料及其制造设备制造技术

本发明专利技术公开了一种基于金刚石晶格的半导体材料，涉及半导体技术领域。所述半导体材料为在所述衬底表面均匀铺设含有锂元素的粉末，以含碳和含氮的混合气体作为气体源，采用化学气相沉积法在衬底上生长出的薄膜，另外，本发明专利技术还提出一种相应的制造设备。本发明专利技术能够阻止锂原子掺入金刚石后扩散聚集成锂团簇，保证了锂原子在晶格中的活性状态。锂原子在晶格中的活性状态。锂原子在晶格中的活性状态。

【技术实现步骤摘要】
一种基于金刚石晶格的半导体材料及其制造设备


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种基于金刚石晶格的半导体材料及其制造设备。

技术介绍

[0002]金刚石被用作半导体材料已经有一段时间了，它的作为半导体装置基础的实际应用研究正在进行。金刚石电子亲和力是负的，基于该电特性，金刚石可被预期用于制造如功率器件之类的能够承受在高温下以高频和高输出功率工作的半导体装置、发射紫外线的光发射装置和可在低电压下驱动的放电装置。
[0003]为了将金刚石用于半导体装置的材料，它的导电形式：p型或n型，必须被加以控制。通过将硼作为杂质加入到金刚石晶体里，可以得到p型半导体金刚石。金刚石以p型半导体存在于自然界，p型半导体金刚石可以通过使用化学气相合成法(CVD)将含硼原子的气体引入到源材料气体中而相对容易地合成。n型半导体金刚石在自然界中不存在，虽然直到最近它的合成仍然被证明是难以实现的，然而近来具有相对良好的晶体性质的单晶n型半导体已经通过在CVD技术中使用磷和硫作为掺杂剂优化合成条件而获得。
[0004]现在已证明加入了锂的金刚石将显示n型半导体特征。例如，日本未审查的专利申请公开号为H03
‑
205398、H04
‑
175295、H11
‑
54443的专利揭示的技术中，利用热
‑
灯丝CVD方法或者各种等离子体CVD方法可在金刚石气相沉积过程中掺杂锂以形成低电阻率n
‑
型半导体金刚石。
[0005]但理论研究表明单纯的锂原子掺入金刚石后通过扩散聚集成锂团簇，在晶格中呈非活性状态，而在锂掺入时加入氮原子能有效阻止锂原子扩散。目前尚无锂氮共掺杂金刚石的半导体材料。

技术实现思路

[0006]有基于此，本专利技术的目的在于提供一种基于金刚石晶格的半导体材料及其制造设备，能够制备出锂氮共掺杂金刚石的半导体材料。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种基于金刚石晶格的半导体材料，所述半导体材料为在所述衬底表面均匀铺设含有锂元素的粉末，以含碳和含氮的混合气体作为气体源，采用化学气相沉积法在衬底上生长出的薄膜。
[0009]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出一种锂氮共掺杂的金刚石半导体，能够阻止锂原子掺入金刚石后扩散聚集成锂团簇，保证了锂原子在晶格中的活性状态。
[0010]进一步的，所述衬底为金刚石晶体。
[0011]进一步的，所述粉末为碳化锂。
[0012]进一步的，所述混合气体为甲烷、氢气、氨气的混合气体。
[0013]一种基于金刚石晶格的半导体材料的制造设备，包括气相沉积室，所述气相沉积室内设置有用于放置衬底的安装底座，安装底座上方用于对衬底进行加热的热丝，所述气相沉积室内还设置有粉末铺设机构，以使粉末均匀铺设在衬底上；所述粉末铺设机构包括两端开口并竖直设置的料筒、入料管道和筛料板；所述入料管道的第一端延伸至气相沉积室外，第二端延伸至料筒内且竖直朝上；所述筛料板设置于料筒的上方，筛料板正对料筒顶部开口的位置设置有筛孔。在半导体材料制备过程中，实现含有锂元素的粉末的均匀铺设。
[0014]进一步的，还包括升降机构，所述升降机构包括竖直设置的滑轨、安装于滑轨上的滑块；所述滑块上转动连接有沿水平方向设置的转动杆，所述热丝设置于所述转动杆上，所述转动杆由电机驱动转动；所述热丝随转动杆的升降和转动具有第一状态，在所述第一状态下，热丝位于安装底座与料筒之间升降。在本方案中，实现热丝的升降调整，并且通过转动，可将热丝从安装底座与料筒之间移出，避免因热丝的存在导致粉末铺设不均匀。
[0015]进一步的，所述升降机构上还设置有振动杆，由振动马达驱动振动；所述筛料板的一侧与转动杆固定连接，并随转动杆转动具有第二状态，在第二状态下，所述筛料板的另一侧搭接于所述振动杆上。使得筛料板能够产生振动，使粉末更均匀。
[0016]进一步的，所述振动杆与转动杆平行设置，间距大于料筒的宽度以使料筒可在振动杆与转动杆间穿行。
[0017]进一步的，所述振动杆的一端对应入料管道的位置开设有用于入料管道穿行的缺口。
[0018]进一步的，所述料筒的下方设置有收料板，所述收料板的顶部与转动轴固定连接，所述转动轴由电机驱动转动；所述收料板绕转动轴转动具有第三状态，在所述第三状态下，收料板在竖直方向上，遮挡料筒底部开口。用以收集在筛料板转动过程中从料筒内部掉落的粉末。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的整体结构示意图。
[0020]图2为本专利技术的正面结构示意图。
[0021]图3为图2的A
‑
A剖视图。
[0022]图4为图3中B处局部放大图。
[0023]图5为本专利技术另一状态剖视图。
[0024]图6为图5中C处局部放大图。
[0025]图7为本专利技术一实施例的筛料板与热丝安装示意图。
[0026]图8为本专利技术收料板的第三状态示意图。
[0027]图9为本专利技术收料板的转动示意图。
[0028]图中：1、气相沉积室；2、安装底座；21、衬底；3、热丝；31、辅助件；32、第二弧形槽；41、料筒；411、收料板；412、转动轴；42、入料管道；43、筛料板；431、筛孔；432、第一弧形槽；51、滑轨；52、滑块；6、转动杆；61、电机；7、振动杆；71、振动马达；
具体实施方式
[0029]下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例
仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]实施例一：
[0031]本实施例提供一种基于金刚石晶格的半导体材料，所述半导体材料为在所述衬底表面均匀铺设含有锂元素的粉末，以含碳和含氮的混合气体作为气体源，采用化学气相沉积法在衬底上生长出的薄膜。氮原子能够阻止锂原子掺入金刚石后扩散聚集成锂团簇，保证了锂原子在晶格中的活性状态。
[0032]具体实施时，在气相沉积室中，以金刚石晶体为衬底，在金刚石晶体的上表面均匀铺设一层碳化锂粉末，然后用热丝对碳化锂粉末加热以使其融化，扩散至金刚石衬底表面。
[0033]往气相沉积室中通入甲烷、氢气、氨气的混合气体，控制热丝温度、压强，气体中氮与碳的比例进行热丝气相沉积。具体条件如下：甲烷、氢气气体的分子量比例为1
‑
4％；混合气体中氮和碳的原子量比为0.1
‑
10；热丝采用钽丝，加热温度为2000至2500℃，热丝与衬底表面的距离控制在5毫米左右；沉积时间为4
‑
10小时。
[0034]沉积结束后，带气相沉积室冷却至室温，去除样品即可得到基于金刚石晶格的半导体材料。锂氮共掺杂后氮原子阻止了锂原子掺入金刚石后扩散本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于金刚石晶格的半导体材料，其特征在于，所述半导体材料为在所述衬底表面均匀铺设含有锂元素的粉末，以含碳和含氮的混合气体作为气体源，采用化学气相沉积法在衬底上生长出的薄膜。2.根据权利要求1所述的基于金刚石晶格的半导体材料，其特征在于，所述衬底为金刚石晶体。3.根据权利要求1所述的基于金刚石晶格的半导体材料，其特征在于，所述粉末为碳化锂。4.根据权利要求1所述的基于金刚石晶格的半导体材料，其特征在于，所述混合气体为甲烷、氢气、氨气的混合气体。5.一种基于金刚石晶格的半导体材料的制造设备，包括气相沉积室，所述气相沉积室内设置有用于放置衬底的安装底座，安装底座上方用于对衬底进行加热的热丝，其特征在于，所述气相沉积室内还设置有粉末铺设机构，以使粉末均匀铺设在衬底上；所述粉末铺设机构包括两端开口并竖直设置的料筒、入料管道和筛料板；所述入料管道的第一端延伸至气相沉积室外，第二端延伸至料筒内且竖直朝上；所述筛料板设置于料筒的上方，筛料板正对料筒顶部开口的位置设置有筛孔。6.根据权利要求5所述的基于金刚石晶格的半导体材料的制造设备，其特征在于，还包括升降机构，所述升降机构包括竖直设置的滑轨、安装于...

【专利技术属性】
技术研发人员：余斌，余海粟，朱轶方，陆骁莹，
申请(专利权)人：杭州超然金刚石有限公司，
类型：发明
国别省市：