六方氮化硼异质结构的制备方法技术

本公开提供了一种六方氮化硼异质结构的制备方法，包括：S1，对介质衬底进行升温操作，并向沉积腔室通入氨气；S2，离子源溅射氮化硼靶材，得到的氮、硼原子沉积至介质衬底上生长；S3，降温得到六方氮化硼异质结构。本公开的制备方法通过辅助气路通入氨气确保六方氮化硼的理想化学计量比以及实现低温六方氮化硼的生长；且实现了介质衬底上六方氮化硼的直接生长，避免了转移过程，也避免了在较高生长温度下介质衬底原始性质改变例如金刚石发生石墨化转变，对六方氮化硼金刚石异质结构的电子、光电子学应用有着十分重要的意义。光电子学应用有着十分重要的意义。光电子学应用有着十分重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
六方氮化硼异质结构的制备方法


[0001]本公开涉及半导体材料制备
，具体涉及一种六方氮化硼异质结构的制备方法。

技术介绍

[0002]六方氮化硼、金刚石均属于超宽禁带半导体，相比于氮化镓、碳化硅，二者具有更大的禁带宽度，有着更高的击穿场强，在大功率、高效率电力电子器件领域有着较为突出的应用前景。此外，在短波长光电器件方面也有很明显的优势。
[0003]六方氮化硼是一种层状材料，层内硼、氮原子通过sp2杂化形成共价键组成蜂窝状结构，层间有范德华力作用，硼原子与相邻原子层中的氮原子对应，形成A
‑
A
’
堆叠。与同为层状材料的石墨具有相似的性质，如极高的面内弹性模量、高热导率、化学稳定等，但与石墨不同，六方氮化硼的电子由于极性共价键的作用被牢固地束缚在硼、氮原子周围，所以其具有良好的绝缘性，击穿场强高，禁带宽度高达5.97eV。理论上六方氮化硼界面处不存在悬挂键，同样具有极少的电荷陷阱，又因为其稳定的化学性质，作为其他二维、三维材料的保护层、栅介质层或衬底材料具有广阔的应用前景。
[0004]金刚石是碳原子以金刚石结构排列而成的三维体材料，碳原子通过sp3杂化形成正四面体结构，价电子被束缚在碳原子周围，同样具有良好的绝缘性，禁带宽度高达5.4eV，理论载流子迁移率高，由于金刚石掺杂正处于实验阶段，所以目前使用氢终端金刚石在表面形成二维空穴气的方法在器件应用中具有较大价值。氢终端稳定性较差，使用六方氮化硼作为保护层可以提高氢终端金刚石的稳定性，提高载流子的寿命，进而提高器件的性能。此外六方氮化硼与金刚石在深紫外光电器件领域也有较好的发展前景。
[0005]六方氮化硼带隙大于金刚石，且具有更大的击穿电场，在组成异质结构制备电子学或光电器件时，六方氮化硼多用作金刚石的盖层，所以在金刚石介质衬底上制备高质量六方氮化硼是其性质研究和器件应用的基础与前提。通过多种转移手段制备的六方氮化硼通常有杂质引入、机械损伤、形状不可控、重复性较差、较难实现规模化生产等问题，所以直接在金刚石介质衬底上生长六方氮化硼对制备六方氮化硼金刚石异质结构具有重要意义。
[0006]由于在金刚石等介质衬底上生长六方氮化硼缺乏催化活性、不易形核，往往需要在极高温条件下进行生长，使金刚石出现石墨化转变，且通常存在六方氮化硼中氮缺失的问题，最终导致破坏衬底表面形貌、原始性质，且六方氮化硼结晶质量有限。

技术实现思路

[0007](一)要解决的技术问题
[0008]针对上述问题，本公开提供了一种六方氮化硼异质结构的制备方法，用于至少部分解决传统制备方法生长条件苛刻、产品质量差等技术问题。
[0009](二)技术方案
[0010]本公开一方面提供了一种六方氮化硼异质结构的制备方法，包括：S1，对介质衬底
进行升温操作，并向沉积腔室通入氨气；S2，离子源溅射氮化硼靶材，得到的氮、硼原子沉积至介质衬底上生长；S3，降温得到六方氮化硼异质结构。
[0011]进一步地，介质衬底包括金刚石、蓝宝石、氧化硅、硅中的一种。
[0012]进一步地，S1包括：将介质衬底升温至500℃～1000℃；向沉积腔室通入氨气的流量为5sccm～15sccm。
[0013]进一步地，S2包括：减小向沉积腔室通入氨气的流量；向离子源中通入氩气，离子源电离氩气产生氩离子束。
[0014]进一步地，S2包括：减小向沉积腔室通入氨气的流量为2sccm～8sccm；向离子源中通入氩气的流量为2sccm～10sccm。
[0015]进一步地，S2包括：离子源溅射的工作电压为800V～1500V；氩离子束的离子束流密度为0.1mA/cm2～0.4mA/cm2。
[0016]进一步地，S2包括：氮、硼原子沉积至介质衬底上生长的时间为10min～60min。
[0017]进一步地，S2中氮化硼靶材的纯度大于99.5％。
[0018]进一步地，S1还包括：S01，将介质衬底依次置于丙酮、异丙醇、乙醇中超声清洗，并用氮气吹干。
[0019]进一步地，S1还包括：S02，将沉积腔室预抽至一背底真空度，背底真空度为1
×
10
‑4Pa以下。
[0020](三)有益效果
[0021]本公开的低温直接生长六方氮化硼异质结构的制备方法可以避免制备六方氮化硼层时复杂的转移过程，以及转移引起的薄膜破损和污染问题，有利于实现可控的规模化生产；并使用氨气气体辅助提供富氮氛围，使用氩离子束溅射沉积六方氮化硼，可以在低温下实现化学计量比的六方氮化硼生长，有效提高了低温下物理气相沉积方法制备的六方氮化硼的晶体质量；同时由于在较低温度下生长氮化硼，防止了金刚石介质衬底在高温下石墨化转变，能够最大限度保证介质衬底原有的性质，对电子学、光电子学应用有着重要意义。
附图说明
[0022]图1示意性示出了根据本公开实施例中六方氮化硼异质结构的制备方法的流程图；
[0023]图2示意性示出了根据本公开实施例中在金刚石介质衬底上生长的六方氮化硼两个样品的硼原子1s电子的X射线光电子能谱图；
[0024]图3示意性示出了根据本公开实施例中在金刚石介质衬底上生长的六方氮化硼两个样品的拉曼光谱图；
[0025]图4示意性示出了根据本公开实施例中在金刚石介质衬底上生长的六方氮化硼两个样品的吸收光谱图。
具体实施方式
[0026]为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
[0027]需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。
[0028]本公开的实施例提供了一种六方氮化硼异质结构的制备方法，请参见图1，包括：S1，对介质衬底进行升温操作，并向沉积腔室通入氨气；S2，离子源溅射氮化硼靶材，得到的氮、硼原子沉积至介质衬底上生长；S3，降温得到六方氮化硼异质结构。
[0029]本公开采用离子束溅射沉积技术低温下直接生长六方氮化硼金刚石异质结构，在氩离子束溅射六方氮化硼靶材的同时辅助气路通入氨气，得到硼、氮原子沉积在金刚石介质衬底上生长六方氮化硼，氨气分解提供富氮气氛，提高六方氮化硼的结晶质量，有效降低六方氮化硼生长温度，实现低温下直接制备六方氮化硼金刚石异质结构。
[0030]在上述实施例的基础上，介质衬底包括金刚石、蓝宝石、氧化硅、硅中的一种。
[0031]本公开的六方氮化硼异顾结构的制备方法适用于所有介质衬底，由于离子束溅射的温度较低，通常在500℃～1000℃，在较低温度下生长氮化硼，能够最大限度保证介质衬底原有的性质，对电子学、光电子学应用有着重要意义。
[0032]在上述实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种六方氮化硼异质结构的制备方法，其特征在于，包括：S1，对介质衬底进行升温操作，并向沉积腔室通入氨气；S2，离子源溅射氮化硼靶材，得到的氮、硼原子沉积至所述介质衬底上生长；S3，降温得到六方氮化硼异质结构。2.根据权利要求1所述的六方氮化硼异质结构的制备方法，其特征在于，所述介质衬底包括金刚石、蓝宝石、氧化硅、硅中的一种。3.根据权利要求1所述的六方氮化硼异质结构的制备方法，其特征在于，所述S1包括：将介质衬底升温至500℃～1000℃；向沉积腔室通入氨气的流量为5sccm～15sccm。4.根据权利要求1所述的六方氮化硼异质结构的制备方法，其特征在于，所述S2包括：减小所述向沉积腔室通入氨气的流量；向离子源中通入氩气，所述离子源电离所述氩气产生氩离子束。5.根据权利要求4所述的六方氮化硼异质结构的制备方法，其特征在于，所述S2包括：减小所述向沉积腔室通入氨气的流量为2sccm～8sccm；向所述离子源中通入氩气的流量为2scc...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴旺，陈镜壬，王高凯，尹志岗，吴金良，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：