一种增加金刚石在碳化硅衬底上成核密度的方法技术

本申请提供了一种增加金刚石在碳化硅衬底上成核密度的方法，将碳化硅衬底放置在MPCVD设备的生长腔内、通入H2和CH4进行金刚石薄膜生长之前，通过对碳化硅衬底的生长面进行粗糙化处理和清洗后，使碳化硅衬底生长面形成粗糙面，基于种子效应、尖锐凸表面界面能的最小化、尖锐边缘表面键的断裂或悬空键的存在、应变场效应、锋利边缘处碳快速饱和以及表面氧化物的去除，可以有效增强成核，提高成核密度低，保证均匀性。保证均匀性。保证均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种增加金刚石在碳化硅衬底上成核密度的方法


[0001]本申请涉及金刚石薄膜的化学气相沉积
，尤其涉及一种增加金刚石在碳化硅衬底上成核密度的方法。

技术介绍

[0002]金刚石具有优异的光学、电学、机械和热学性能，因此具有巨大的应用潜力。特别是金刚石薄膜具有宽带隙、光学透明性和异常高导热性的特点，是一种理想的半导体材料。在高密度集成电路封装材料、保护涂层、电化学电极等高科技领域具有良好的应用前景。近年来，利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法生长金刚石薄膜的研究受到了越来越多的关注，因为即使是多晶金刚石也比大多数现有的晶体具有更大的优势。特别是由高载流子迁移率和独特的光学特性驱动的最高声波速度和热导率，使金刚石薄膜成为许多新兴器件应用的理想材料，如超高频声滤波器、电力电子、集成光学电路、量子换能器。
[0003]用于金刚石薄膜生长的衬底有硅(Si)、钼(Mo)、碳化硅(SiC)等。由于与金刚石有关的衬底材料的晶格参数和结构是决定良好薄膜生长的重要考虑因素，所有衬底材料在获得良好的薄膜附着力方面的反应并不相同。金刚石与β
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SiC的晶格匹配较好，晶格失配率约为18.2％(金刚石与Si的晶格失配率为52％)。因此，当SiC作为衬底时，更容易成核。另外，SiC材料热膨胀系数小，导热系数高，这些特性与金刚石非常相似，使得金刚石膜在SiC衬底上的附着力更好。结合两种材料的性能，具有很大的应用潜力。然而，目前金刚石在SiC衬底上成核的研究比较少，例如，Moore E等通过微波化学气相沉积在4H
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SiC衬底上实现异质外延金刚石，报道了对金刚石薄膜的表征，存在金刚石成核密度低且不均匀问题，这将影响后续的异质外延质量。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本申请实施例提供了一种增加金刚石在碳化硅衬底上成核密度的方法。
[0005]本申请实施例提供的增加金刚石在碳化硅衬底上成核密度的方法，主要包括如下步骤：
[0006]对碳化硅衬底的生长面进行粗糙化处理；
[0007]对所述碳化硅衬底进行表面清洁处理；
[0008]将所述碳化硅衬底放置在MPCVD设备的生长腔内，通入H2和CH4在所述生长面上进行金刚石薄膜生长。
[0009]可选地，对碳化硅衬底的生长面进行粗糙化处理，包括：
[0010]对碳化硅衬底的镜面生长面，使用金刚石微粉或者其他加工粉料进行研磨处理，得到粗糙的生长面。
[0011]可选地，所述选金刚石微粉的直径为2
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10μm；研磨后，所述碳化硅衬底的生长面算术平均粗糙度Ra为30～100nm、均方根粗糙度Rq为50～100nm。
[0012]可选地，对所述碳化硅衬底进行表面清洁处理，包括：
[0013]对所述碳化硅衬底依次用丙酮、无水乙醇和去离子水行表面清洁处理。
[0014]可选地，通入H2和CH4进行金刚石薄膜生长，包括：
[0015]使用的微波功率为2000～8000W，用双干涉红外辐射热高温计测量所述碳化硅衬底温度为800
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1100℃。H2的流量约为50～600sccm,CH4的流量为1～40sccm。
[0016]可选地，所述H2的流量为150～300sccm,所述CH4的流量为3～9sccm。
[0017]可选地，所述CH4的流量为6sccm。
[0018]本申请实施例提供的增加金刚石在碳化硅衬底上成核密度的方法，将碳化硅衬底放置在MPCVD设备的生长腔内、通入H2和CH4进行金刚石薄膜生长之前，通过对碳化硅衬底的生长面进行粗糙化处理和清洗后，使碳化硅衬底生长面形成粗糙面，基于种子效应、尖锐凸表面界面能的最小化、尖锐边缘表面键的断裂或悬空键的存在、应变场效应、锋利边缘处碳快速饱和以及表面氧化物的去除，可以有效增强成核，提高成核密度低，保证均匀性。
附图说明
[0019]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本申请实施例提供的增加金刚石在碳化硅衬底上成核密度的方法的基本流程示意图；
[0022]图2a为本申请实施例提供的SiC衬底的镜面C面的显微镜图；
[0023]图2b为本申请实施例提供的SiC衬底的C面经粗糙化处理后的显微镜图；
[0024]图2c为本申请实施例提供的SiC衬底的镜面C面的SEM图；
[0025]图2d为本申请实施例提供的SiC衬底的C面经粗糙化处理后的SEM图；
[0026]图3a为本申请实施例提供的在甲烷流量为3sccm时，在SiC衬底的SiC衬底的镜面C面沉积金刚石薄膜的SEM图像；
[0027]图3b为本申请实施例提供的在甲烷流量为6sccm时，在SiC衬底的SiC衬底的镜面C面沉积金刚石薄膜的SEM图像；
[0028]图3c为本申请实施例提供的在甲烷流量为9sccm时，在SiC衬底的SiC衬底的镜面C面沉积金刚石薄膜的SEM图像；
[0029]图3d为本申请实施例提供的在甲烷流量为12sccm时，在SiC衬底的SiC衬底的镜面C面沉积金刚石薄膜的SEM图像；
[0030]图4a为本申请实施例提供的在甲烷流量为1sccm时，在SiC衬底的SiC衬底的粗糙C面沉积金刚石薄膜的SEM图像；
[0031]图4b为本申请实施例提供的在甲烷流量为3sccm时，在SiC衬底的SiC衬底的粗糙C面沉积金刚石薄膜的SEM图像；
[0032]图4c为本申请实施例提供的在甲烷流量为6sccm时，在SiC衬底的SiC衬底的粗糙C面沉积金刚石薄膜的SEM图像；
[0033]图4d为本申请实施例提供的在甲烷流量为9sccm时，在SiC衬底的SiC衬底的粗糙C面沉积金刚石薄膜的SEM图像；
[0034]图4e为本申请实施例提供的在甲烷流量为12sccm时，在SiC衬底的SiC衬底的粗糙C面沉积金刚石薄膜的SEM图像；
[0035]图5a为本申请实施例提供的在SiC衬底的SiC衬底的镜面C面上，金刚石成核密度随甲烷流量的变化示意图；
[0036]图5b为本申请实施例提供的在SiC衬底的SiC衬底的粗糙C面上，金刚石成核密度随甲烷流量的变化示意图。
具体实施方式
[0037]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增加金刚石在碳化硅衬底上成核密度的方法，其特征在于，所述方法包括：对碳化硅衬底的生长面进行粗糙化处理；对所述碳化硅衬底进行表面清洁处理；将所述碳化硅衬底放置在MPCVD设备的生长腔内，通入H2和CH4在所述生长面上进行金刚石薄膜生长。2.根据权利要求1所述的增加金刚石在碳化硅衬底上成核密度的方法，其特征在于，对碳化硅衬底的生长面进行粗糙化处理，包括：对碳化硅衬底的镜面生长面，使用金刚石微粉或者其他加工粉料进行研磨处理，得到粗糙的生长面。3.根据权利要求2所述的增加金刚石在碳化硅衬底上成核密度的方法，其特征在于，所述金刚石微粉的直径为2～10μm；研磨后，所述碳化硅衬底的生长面算术平均粗糙度Ra为30～100nm、均方根粗糙度Rq为50～100nm。4.根据权利要求1所述的增加金刚石在碳化硅衬底上成核...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭燕，胡秀飞，王希玮，徐现刚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：