在拼图式钻石基板形成Ｐ－Ｎ结制造技术

本发明专利技术提供一种在拼图式钻石基板形成Ｐ－Ｎ结的方法。本发明专利技术提供制造以及使用半导体单晶钻石体的方法，包括通过这种方法所制造的半导体钻石体。在一态样中，制造一半导体单晶钻石体的方法包括将多个钻石片段在高压且结合有熔融的催化剂以及一碳源的条件下设置于极接近的位置，其中，该钻石片段是排列为单晶的方向；多个钻石片段接着保持在高压下以及熔融的催化剂中直到该等钻石片段相互连接而使得钻石与钻石之间形成键结，以形成实质上单晶的钻石体；于该单晶钻石体形成后，一同质磊晶（ｈｏｍｏｅｐｉｔａｘｉａｌ）单晶钻石体层是沉积于该单晶钻石体上；一掺杂物可被引入该同质磊晶单晶钻石体层中以形成一半导体单晶钻石层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常是关于一种钻石P-N结以及其相关方法。因此，本专利技术有关于化学、冶金、材料科学、物理以及高压技术的领域。
技术介绍
由于钻石极高的硬度、原子密度以及高热导性，所以对于很多应用来说是理想的材料。因此，大的钻石体有助于许多应用，包括相关的工具、基材、电子元件等，钻石体包括实质上单一的晶向，且特别受到半导体以及散热器相关产业的高度欢迎。 随着电脑以及其他电子装置越来越小且越来越快速，使用于半导体装置中的需求急剧增加，这些增加的需求由于电荷载子的累积而增加很多问题，如固有的量子起伏(quantum fluctuation)中的电子与空穴。电荷载子的累积产生噪声，且倾向于混淆半导体装置中的电子讯号，且当装置的温度增加时此问题会更加严重，许多载子累积可能因为本质上低的键能以及一般半导体晶格的各向异性；另一问题可能是来自目前的半导体材料，这些半导体倾向于具有高的漏电流性(leaking current)以及低的击穿电压(break downvoltage)，当半导体晶体管以及其他电路元件的尺寸縮小，而伴随着持续增加功率以及频率的需求，漏电流以及击穿电压的问题也更加严重。 当功率以及频率的要求增加，且半导体元件的尺寸縮小时，寻找能减轻这些问题的材料对于半导体产业的发展益显重要，而可能适合于下一代半导体装置的材料是钻石。钻石的物理特性(例如其高热导性、低的本征载子浓度以及高的带隙)使其成为使用于高功率电子装置的理想材料。 产生钻石层的方法包括已知的方法，如化学气相沉积法(CVD)、物理气相沉积法(PVD)以及在高压装置中长晶。各种CVD技术已经用于有关于沉积钻石或类钻石材料在一基材上，一般CVD技术使用气体反应物以使得钻石或类钻石材料沉积成一层状结构或薄膜状结构，这些气体通常包括少量(即少于约5% )的碳化物材料，如以氢气稀释的甲烷。各种特定的CVD法(包括设备以及条件)皆为所属
中具有通常知识者所熟知的。 虽然单晶钻石膜可用CVD法来生长，但此法目前非常昂贵且是以缓慢的速度成长到足够使用作为钻石体或钻石基材的厚度；另一方面，以CVD法沉积的多晶钻石(PCD)层能够较快速地成长到足够的厚度，且较不昂贵，然而，于该PCD层中的晶界将在任何沉积于其上的材料的晶格中产生差排，因此必须排除其使用在那些需要高品质晶格的应用中。PVD程序产生相似的晶界问题，且因此不适用于许多应用。 可惜的是，目前已知的高压晶体合成法也有很多缺点，而限制该等合成法制造大型、高品质晶体的能力，例如，等温法通常被限制于较小晶体的制造，该较小晶体是有助于在切割、磨蚀以及研磨的应用。温度梯度法能用于制造较大的钻石，但产品生产力以及品质却会受限；已经有使用许多方法试图克服这些限制， 一些方法结合许多钻石晶种，然而，在晶种内的温度梯度使其在多于一粒晶种的状态下无法达到最理想的生长状况；而一些方法有关于提供二或更多温度梯度的反应总成(如美国专利法第4， 632， 817号所述)，可惜高品质钻石通常只能在这些反应总成的较小部分产生；一些方法是关于调整温度梯度以弥补一些限制。然而，这种方法需要额外的花费，且需要控制变数以在不同温度以及生长材料的情形中同时控制的生长速率以及钻石品质。 因此，用以克服前述困难的装置以及方法将在高压晶体成长的领域有显著的发展，且持续在找寻中。
技术实现思路
本专利技术提供制造以及使用半导体单晶钻石体的方法，包括通过这种方法所制造的半导体钻石体。例如在一态样中是提供一种制造一半导体单晶钻石层的方法，这种方法是包括将多个钻石片段在高压且结合有熔融的催化剂以及一碳源的条件下设置于极接近的位置，其中，该钻石片段是排列为单晶的方向；多个钻石片段接着保持在高压下以及熔融的催化剂中直到该等钻石片段相互连接而使得钻石与钻石之间形成键结，以形成实质上单晶的钻石体；于该单晶钻石体形成后，一同质磊晶(homo印itaxial)单晶钻石体层是沉积于该单晶钻石体上；一掺杂物可被引入该同质磊晶单晶钻石体层中以形成一半导体单晶钻石层。 该熔融的催化剂可包括一金属催化剂，其是选自于由铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)及其组合物和合金所组成的群组；在另一态样中，该熔融的催化剂可包括一铁镍合金(Fe-Ni alloy)。在一态样中，该碳源包括一选自于以下物质所组成的群组石墨、钻石、钻石粉末、奈米钻石、微米钻石及其组合物；又另一态样中，该碳源可为石墨；在另一态样中，该石墨可包括一低电阻率的石墨；又再一态样中，该碳源包括钻石粉末。 各种型态的钻石片段都能在本专利技术中被考虑。在一态样中，可在高压下放置于一熔融催化剂内之前，该等钻石片段可排列成一图案；在高压下放置于一熔融催化剂内之前，该等钻石片段可固定于一支撑基材可能是理想的。该等钻石片段可用电镀法固定于该支撑基材，例如镍电镀；在另一态样中，该等钻石片段是可通过一化学气相沉积钻石薄膜(CVDdiamond film)的技术固定于该支撑基材。再者，在一态样中，该钻石片段具有立方体形状。在另一态样中，该钻石片段并非以后长晶法(post-growth processing)获得立方体形状。 已知很多可用于将一掺杂物引入一层状结构中的掺杂方法皆。应注意的是，任何已知的掺杂方法都能被视为于本专利技术的范畴中。因此，该掺杂物可包括各种特定的掺杂物，包括但不限制在氮(N)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)、硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)及其组合物；然而在一特定的态样中，该掺杂物可为硼(B);在另一态样中，该掺杂物可为氮(N);又另一态样中，该掺杂物可为磷(P)。 本专利技术也可根据揭露或教示于此的态样的各种方法制造出装置。例如在一态样中是提供一半导体单晶钻石装置，这种装置可包括一以如上所述的方法所制成的单晶钻石体；一形成于该单晶钻石体上的同质磊晶单晶钻石体层；以及一设置于该同质磊晶单晶钻石体层内的掺杂物以形成一半导体单晶钻石层。 在另一态样中是提供一种半导体装置，其包括一以如上所述的方法所制成的单晶钻石体；一形成于该单晶钻石体上的同质磊晶单晶钻石体层；一设置于该同质磊晶单晶钻石体层内的第一掺杂物以形成一半导体单晶钻石层，该第一掺杂物为硼或铝；一相邻设置于该同质磊晶单晶钻石体层的单晶立方氮化硼层；以及一设置于该立方氮化硼层内的第二5掺杂物，以形成一半导体单晶立方氮化硼层，该第二掺杂物为氮、磷或砷。在一态样中，该第一掺杂物为硼。在另一态样中，该第二掺杂物为氮。附图说明 图1是在高压下生长的钻石立方体的照片； 图2是在高压下生长的钻石立方体的另一照片； 图3是本专利技术一实施例的钻石体的立体图； 图4是本专利技术另一实施例的钻石体的立体图； 图5是本专利技术又一实施例的钻石体的立体图； 图6是本专利技术一实施例的高压总成的的剖面图； 图7是本专利技术一实施例的钻石半导体器件的剖面图； 图8是本专利技术一实施例的钻石半导体器件的剖面图。 上述仅供用于叙述本专利技术。需要注意层状结构的真实尺寸以及特征可能与所示的有所不同。 附图标记说明 10-—维钻石体；12-钻石片段；20-二维片体；30-三维钻石体；40-高压总成；42-钻石片段；44-内部空间；46-奈米钻石颗粒；48-金属催化剂杯体；50-金属催化剂盖体；52本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体单晶钻石体的方法，其特征在于，所述方法包括：将多个钻石片段在高压且结合有熔融的催化剂以及一碳源的条件下设置于极接近的位置，且该钻石片段是具有单晶方向性排列；多个钻石片段接着保持在高压下以及熔融的催化剂中直到该等钻石片段相互连接，而使得钻石与钻石之间形成键结，以形成实质上单晶的钻石体；将一同质磊晶单晶钻石体层沉积于该单晶钻石体上；引入一掺杂物至该同质磊晶单晶钻石体层中以形成一半导体单晶钻石层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋健民，
申请(专利权)人：宋健民，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]