一种金属或金属氧化物辅助刻蚀提高金刚石生长质量的方法技术

本发明专利技术提供一种金属或金属氧化物辅助刻蚀提高金刚石生长质量的方法，包括金刚石单晶表面磨抛处理，抛光后的金刚石单晶表面粗糙度为

【技术实现步骤摘要】
一种金属或金属氧化物辅助刻蚀提高金刚石生长质量的方法


[0001]本专利技术属于材料制备领域，具体涉及一种金属或金属氧化物辅助刻蚀提高金刚石生长质量的方法
。

技术介绍

[0002]金刚石具有极高的硬度
、
高热导率
、
高载流子迁移率和禁带宽度
、
低介电常数
、
较高的击穿电场，以及耐酸
、
耐热
、
耐辐射等优异的物理性能，被广泛的应用于工业等领域
。
金刚石被成为终极半导体，为了制备高纯的金刚石片，通常采用微波等离子体化学气相沉积方法（
MPCVD
），但是相比于高温高压法，
MPCVD
法直接外延生长的金刚石单晶内部缺陷密度较高，因此，需要采取其他方法降低金刚石单晶的缺陷密度
。
[0003]金刚石外延层生长的中的缺陷可分为三类：金刚石单晶衬底表面缺陷引起的缺陷
、
金刚石单晶衬底内部缺陷引起的缺陷和外延生长过程中产生的缺陷，在
H2‑
O2等离子体中，金刚石单晶表面有缺陷的位置被刻蚀成倒金字塔形状，这些刻蚀坑的密度就反应了金刚石单晶的缺陷密度
。
专利
CN101118378B
公开一种金刚石表面图形化的制备方法，其采用匀胶
‑
光刻
‑
刻蚀的方法制备表面图形化了的金刚石，这种方法虽然可以制备较复杂图形的掩膜，同时尺寸也可达到纳米级，但是对于大尺寸简单的掩膜图形化，其缺点比较明显，例如：步骤多
、
成本高
、
不易操作
、
制备时间长
、
不适合批量化
。
利用金属或金属氧化物粉末对刻蚀坑处缺陷进行刻蚀，替代复杂的光刻方法，不受衬底尺寸限制，且操作方便，成本较低，能够满足产业化需求
。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种金属或金属氧化物辅助刻蚀提高金刚石生长质量的方法，有效降低了金刚石单晶的缺陷密度，为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种金属或金属氧化物辅助刻蚀提高金刚石生长质量的方法，包括以下步骤：（1）金刚石单晶预处理，选择表面相对平整
、
无多晶
、
无裂纹的金刚石单晶片，磨抛后表面预处理干净，备用；（2）
H2‑
O2等离子体刻蚀，将预处理后的金刚石单晶片放置在
MPCVD
设备载物台上进行
H2‑
O2等离子体刻蚀，在金刚石单晶片表面形成成倒金字塔形状的刻蚀坑；（3）刻蚀坑填充，将金属或金属氧化物纳米粉均匀地涂抹在金刚石单晶片表面，待表面的刻蚀坑中填充了纳米粉后，将表面多余纳米粉去掉；（4）
H2等离子体刻蚀，将步骤（3）得到的金刚石单晶片放置在
MPCVD
设备载物台上进行
H2等离子体刻蚀，刻蚀完成后，用盐酸将单晶片表面的金属或金属氧化物纳米粉清洗干净；（5）金刚石外延层生长，采用
MPCVD
法对步骤（4）得到的金刚石单晶片进行外延层生长
。
[0005]优选的，步骤（1）中金刚石单晶片厚度为
200~1000
μ
m
，磨抛后表面粗糙度为
10~100nm。
[0006]优选的，步骤（2）中刻蚀温度为
700~1100℃
，腔体压力为
130~180 Torr
，微波功率为
3.5~4.5 KW
，刻蚀时间
30min~2h
，其中
O2占
H2‑
O2混合体积的
0.5~5%
，刻蚀坑的直径为
5~10
μ
m。
[0007]优选的，步骤（3）中金属或金属氧化物为
Fe、Ni、Co、Fe2O3、MnO2和
NiO
的一种，其粒度为
100nm~1
μ
m。
[0008]优选的，步骤（4）中刻蚀温度为
700~1100℃
，腔体压力为
90~120Torr
，微波功率为
2.5~3.3KW
，刻蚀时间
5~20h
，刻蚀通道深度为
20~40
μ
m。
[0009]优选的，步骤（5）中，外延层生长时的微波功率为
5.5~6.0KW
，腔体压力为
200~250Torr
，生长温度为
900~950℃
，生长时间为
40~50h
，外延层厚度为
500~600
μ
m
，缺陷密度为4×
103~6
×
103/cm2本专利技术的有益效果为：本专利技术在
H2‑
O2等离子体刻蚀过程中，金刚石单晶表面有缺陷的位置被刻蚀成倒金字塔形状，这些刻蚀坑的密度就反应了金刚石单晶的缺陷密度，利用金属或金属氧化物对缺陷位置进行刻蚀，形成深径比较大的垂直刻蚀通道，在生长过程中，底部的位错缺陷被封闭遮挡在金刚石内部，上方通过横向生长的金刚石外延层质量较高，这种经过处理的金刚石单晶作为衬底生长的外延层不继承衬底的缺陷，缺陷数量显著降低
。
附图说明
[0010]图1是实施例1中金刚石单晶片生长前形貌图，图2是实施例1中金属或金属氧化物刻蚀后示意图
。
具体实施方式
[0011]下面结合实施例对本专利技术做进一步说明，但不用来限制本专利技术的保护范围
。
[0012]实施例1（1）选择表面相对平整
、
无多晶
、
无裂纹的金刚石单晶片，尺寸大小为
10
×
10mm
，厚度
200
μ
m
，金刚石单晶片经过磨抛后表面粗糙度为
100nm
，分别经丙酮
、
去离子水和无水乙醇超声清洗
15min
后待使用；（2）将抛光后的金刚石单晶片放置在
MPCVD
设备载物台上进行
H2‑
O2等离子体刻蚀，刻蚀后表面状态如图1所示，形成直径约为
10
μ
m
的刻蚀坑，刻蚀坑的密度约为
2.3
×
105/cm2，刻蚀温度为
700℃
，腔体压力为
130Torr
，微波功率为
3.5KW
，刻蚀时间为
2h
，其中
O2占
H2‑
O2混合体积的
5%
；（3）将
Fe
纳米粉均匀地涂抹在金刚石单晶片表面，
Fe
粉末的粒度为
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种金属或金属氧化物辅助刻蚀提高金刚石生长质量的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）金刚石单晶预处理，选择表面相对平整
、
无多晶
、
无裂纹的金刚石单晶片，磨抛后表面预处理干净，备用；（2）
H2‑
O2等离子体刻蚀，将预处理后的金刚石单晶片放置在
MPCVD
设备载物台上进行
H2‑
O2等离子体刻蚀，在金刚石单晶片表面形成成倒金字塔形状的刻蚀坑；（3）刻蚀坑填充，将金属或金属氧化物纳米粉均匀地涂抹在金刚石单晶片表面，待表面的刻蚀坑中填充了纳米粉后，将表面多余纳米粉去掉；（4）
H2等离子体刻蚀，将步骤（3）得到的金刚石单晶片放置在
MPCVD
设备载物台上进行
H2等离子体刻蚀，刻蚀完成后，用盐酸将单晶片表面的金属或金属氧化物纳米粉清洗干净；（5）金刚石外延层生长，采用
MPCVD
法对步骤（4）得到的金刚石单晶片进行外延层生长
。2.
根据权利要求1所述的提高金刚石生长质量的方法，其特征在于，步骤（1）中金刚石单晶片厚度为
200~1000
μ
m
，磨抛后表面粗糙度为
10~100nm。3.
根据权利要求1所述的提高金刚石生长质量的方法，其特征在于，步骤（2）中刻蚀温度为
700~1100℃
，腔体压力为
130~180 Torr
，微波功率为
3.5~4.5 KW<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘乾坤，刘厚盛，张国凯，陈明，郭崇，郭鋆，李港雨，
申请(专利权)人：中南钻石有限公司，
类型：发明
国别省市：