一种锡终端金刚石及其制备方法和场效应晶体管技术

本发明专利技术提供一种锡终端金刚石及其制备方法和场效应晶体管，包括以下步骤：S1，在氢终端金刚石表面上沉积SnO2或SnO薄膜；S2，将沉积SnO2或SnO薄膜后的氢终端金刚石置入氢等离子体环境中进行氢化处理，得到锡终端金刚石前驱体；S3，利用酸洗去除锡终端金刚石前驱体表面的SnO2或SnO薄膜，获得锡终端金刚石。本发明专利技术方法，首先在氢终端金刚石表面沉积SnO2或SnO薄膜，然后利用氢等离子体形成的强还原和热环境，对SnO2或SnO薄膜进行处理，氢终端金刚石表面的碳氢键会转化成碳锡键，从而将氢终端金刚石转化为锡终端金刚石。石转化为锡终端金刚石。

【技术实现步骤摘要】
一种锡终端金刚石及其制备方法和场效应晶体管


[0001]本专利技术属于半导体表面处理
，具体涉及一种锡终端金刚石及其制备方法和场效应晶体管。

技术介绍

[0002]金刚石是一种性能优异的宽禁带半导体材料，其表面经过处理后能形成不同的终端，例如氧终端、氢终端、氟终端等。不同的终端表面具有不同的导电性。氢终端金刚石会在其表面以下10纳米左右形成二维空穴气，其空穴浓度在108‑
10
15
cm
‑2左右，迁移率可达50
‑
3000cm2/vs，被认为是最具应用潜力的金刚石材料；然而氢终端金刚石也存在不稳定、电气性能受环境影响大等缺点。氧终端金刚石是一种绝缘表面，易于形成，常用作氢终端金刚石器件的电气隔离。氟终端金刚石具有强的疏水特性和较低的摩擦系数，主要应用于涂层材料。
[0003]因此，需要研发即具有良好导电性又具有很好的稳定性的金刚石。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种锡终端金刚石及其制备方法和场效应晶体管，利用氢终端金刚石制备锡终端金刚石，以解决目前氢终端金刚石高温不稳定的问题。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]一种锡终端金刚石的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1，在氢终端金刚石表面上沉积SnO2或SnO薄膜；
[0008]S2，将沉积SnO2或SnO薄膜后的氢终端金刚石置入氢等离子体环境中进行氢化处理，得到锡终端金刚石前驱体；
[0009]S3，利用酸洗去除锡终端金刚石前驱体表面的SnO2或SnO薄膜，获得锡终端金刚石。
[0010]优选的，S1中，所述氢终端金刚石采用如下方法制备得到：使用氢等离子体对金刚石衬底表面进行氢化处理，形成氢终端金刚石。
[0011]进一步的，所述金刚石衬底是本征金刚石或掺杂金刚石。
[0012]优选的，S1中，SnO2或SnO薄膜的厚度大于等于10 n且小于等于50 nm。
[0013]优选的，S1中，在氢终端金刚石表面上沉积SnO2或SnO薄膜采用的沉积方法为电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射或原子层沉积。
[0014]优选的，S2中，氢化处理温度在700
‑
1100 ℃之间。
[0015]优选的，S2中，所述氢等离子体的产生方法为微波等离子体、高压脉冲等离子体或辉光放电等离子体。
[0016]优选的，S3中，酸洗采用的酸为硫酸、盐酸或氢氟酸。
[0017]采用所述的制备方法得到的锡终端金刚石。
[0018]一种场效应晶体管，其包含所述的锡终端金刚石。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0020]本专利技术方法，首先在氢终端金刚石表面沉积SnO2或SnO薄膜，然后利用氢等离子体形成的强还原和热环境，对SnO2或SnO薄膜进行处理，氢终端金刚石表面的碳氢键会转化成碳锡键，从而将氢终端金刚石转化为锡终端金刚石。
[0021]进一步的，本专利技术SnO2或SnO薄膜的厚度大于等于10 n且小于等于50nm，氧化锡太薄会在短时间内被氢等离子体完全刻蚀掉，无法完成由氢终端金刚石向锡终端金刚石的转变，太厚则该转变过程所需要的时间过长。氢化处理温度在700
‑
1100 ℃之间，温度太低无法转变，温度太高会使得金刚石向石墨转化。
[0022]本专利技术锡终端金刚石尚属首次提出，与氢终端金刚石类似，锡终端金刚石具有导电性，并可利用其导电性制备如场效应晶体管在内的各种电子器件。同时由于较大的碳
‑
锡键键能，使得锡终端金刚石有比氢终端金刚石更好的稳定性。因此，锡终端金刚石是一种可以替代氢终端金刚石的材料。
附图说明
[0023]图1为金刚石衬底的俯视图；
[0024]图2为氢终端金刚石的俯视图；
[0025]图3为氢终端金刚石表面沉积SnO2或SnO薄膜后的俯视图；
[0026]图4为氢终端金刚石表面沉积SnO2或SnO薄膜后的截面图；
[0027]图5为采用氢等离子体处理氢终端金刚石的过程示意图；
[0028]图6为氢等离子体处理氢终端金刚石后的金刚石俯视图；
[0029]图7为酸洗过程示意图；
[0030]图8为本专利技术实施例1的锡终端金刚石表面碳原子X射线光电子能谱图；
[0031]图9为实施例4制备的锡终端金刚石的电阻率测试结果；
[0032]图10为在空气环境下将实施例4的锡终端金刚石加热至300℃ 20分钟后，锡终端金刚石的电阻率测试结果；
[0033]图11为在锡终端金刚石表面沉积金电极示意图；
[0034]图12为在金电极表面沉积氧化铝薄膜和铝电极示意图；
[0035]图13为锡终端金刚石场效应晶体管的输出曲线测试结果。
具体实施方式
[0036]为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术进行描述，这些描述只是进一步解释本专利技术的特征和优点，并非用于限制本专利技术的权利要求。
[0037]本专利技术所述的锡终端金刚石的制备方法，参照图1至图7，包含以下步骤：
[0038]步骤1，使用氢等离子体对金刚石衬底1表面进行氢化处理，形成氢终端金刚石2，如图1和图2所示；
[0039]步骤2，在氢终端金刚石表面上沉积SnO2或SnO薄膜3，其厚度大于10n，如图3所示；图4为氢终端金刚石表面沉积SnO2或SnO薄膜后的截面图；
[0040]步骤3，将沉积SnO2或SnO薄膜3后的氢终端金刚石2置入氢等离子体环境中，氢化温度在700
‑
1100 ℃之间，此过程会将氢终端金刚石转化为锡终端金刚石，得到锡终端金刚
石前驱体5，如图5和图6所示；
[0041]步骤4，利用强酸洗去锡终端金刚石前驱体5表面的SnO2或SnO薄膜，获得锡终端金刚石，如图7所示。
[0042]步骤1中，所使用的金刚石衬底是本征金刚石或掺杂金刚石。
[0043]步骤1中，利用氢等离子体将金刚石衬底表面转化为氢终端金刚石；产生氢等离子体的方法包含但不仅限于微波等离子体、高压脉冲等离子体、辉光放电等离子体。氢终端金刚石表面空穴迁移率为50
‑
3000 cm2/Vs，空穴浓度为108‑
10
15
cm
‑2。
[0044]步骤2中，在氢终端金刚石表面沉积SnO2或SnO薄膜，厚度应大于10 nm,其沉积方法多样，包括但不仅限于电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射、原子层沉积。
[0045]步骤3中，将沉积SnO2或SnO薄膜后的金刚石置入氢等离子体环境中，利用氢等离子体的强还原环境将氢终端金刚石转化为锡终端金刚石，产生氢等离子体的方法包含但不仅限于微波等离子体、高压脉冲等离子体、辉光放电等离子体。
[0046]步骤4中，氢等离子体处理过后的锡终端金刚石前驱体上还有部分SnO2或SnO薄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锡终端金刚石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，在氢终端金刚石表面上沉积SnO2或SnO薄膜；S2，将沉积SnO2或SnO薄膜后的氢终端金刚石置入氢等离子体环境中进行氢化处理，得到锡终端金刚石前驱体；S3，利用酸洗去除锡终端金刚石前驱体表面的SnO2或SnO薄膜，获得锡终端金刚石。2.根据权利要求1所述的锡终端金刚石的制备方法，其特征在于，S1中，所述氢终端金刚石采用如下方法制备得到：使用氢等离子体对金刚石衬底表面进行氢化处理，形成氢终端金刚石。3.根据权利要求2所述的锡终端金刚石的制备方法，其特征在于，所述金刚石衬底是本征金刚石或掺杂金刚石。4.根据权利要求1所述的锡终端金刚石的制备方法，其特征在于，S1中，SnO2或SnO薄膜的厚度大于等于10n且小于等于50nm。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏兴，何适，李奉南，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：