[发明专利]采用硼掺杂在金刚石表面制备半导体导电膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及金刚石，是一种采用硼掺杂在金刚石表面制备半导体导电膜的方法。

背景技术

用金刚石制作晶体管或二极管一直是本领域研究的重要课题之一，而金刚石器件在工业上的应用首先要求有较好的导电性能。但是，工业生产上在金刚石表面制作导电膜是较难实现的，多年以来一直没有一种能够工业上应用的方法。为此，申请人研究了一种用弧光放电等离子体化学气相沉淀法在金刚石制备半导体材料的方法，这种方法有较多优点，但是，经过使用发现存在的主要不足是：在直径大于5厘米的金刚石表面上制做半导体导电膜是非常困难的，制造时设备的损耗较大，大面积的基片冷却也非常难解决。

发明内容

本发明的目的是，提供一种采用硼掺杂在金刚石表面制备半导体导电膜的方法，它能够实现在直径大于5厘米的金刚石表面上制作半导体导电膜，能够工业化生产。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：采用硼掺杂在金刚石表面制备半导体导电膜的方法，包括以下步骤：

①采用丙酮有机溶机对金刚石基片清洗；

②清洗后的基片放入CVD设备的反应室内；

③反应室抽空至10^-4Torr；

④对基片加热至500-800℃；

⑤反应室通入CH₄气体，对基片进行氢等离子处理，气体流量为10-200ml/min，通入时间为3-5分钟，之后关掉气源；

⑥反应室再次抽真空至10^-4Torr；

⑦反应室通入H₂气体和CH₄气体，H₂气体流量为10-50ml/min，CH₄气体流量为30-300ml/min；

⑧步骤⑦所述气体通气1-2分钟后，开启微波电源，在基片上进行半绝缘膜沉积，微波功率为3000-5000W，半绝缘膜的沉积速率为0.01-0.1μm/min，沉积时间为10-100分钟，半绝缘膜的厚度达到0.5-5微米后关闭微波电源；

⑨再对反应室通入BCl₃或B₂H₆气体，该气体流量为10-100ml/min；

⑩步骤⑨所述气体通气1-2分钟后，开启微波电源，在基片的半绝缘膜上进行导电膜沉积，微波功率为3000-5000W；导电膜沉积速率为0.01-0.1μm/min，沉积时间为5-50分钟，最终在基片半绝缘膜上形成0.1-1微米厚度的导电膜，此时关闭微波电源，并同时关闭所有气体。

本发明所述步骤⑦中的H₂气体流量为30ml/min，CH₄气体流量为120ml/min。

本发明所述步骤⑨中的BCl₃或B₂H₆气体流量为65ml/min。

本发明方法所述的CVD设备是微波等离子体化学气相沉积设备，该设备目前用于绝缘金刚石膜的制造方法中，该设备的结构为公知技术，该设备用于本发明方法中的工作原理是：微波源穿过CVD设备上的绝缘窗口进入反应室，气体分子的电子吸收微波能量后碰撞加剧，气体分子被加热后分解，生成反应活性粒子，沉积在处于等离子体球中的基片表面上，形成半绝缘膜和导电膜。等离子体球的精确位置通过CVD设备波导终端的短路滑片调节，从而调节金刚石膜的均匀性。

本发明方法中所述氢等离子处理，可以形成原子氢气氛，原子氢能稳定金刚石表面的“悬挂键”，防止表面石墨化；原子氢对SP²结构碳的刻蚀能力远远大于对SP³结构碳的刻蚀能力。大量原子氢不停地将生成的石墨刻蚀掉，留下金刚石，从而使得金刚石薄膜得以不断地长大；原子氢能有效地与反应先驱物质一碳氢化合物反应，生成大量有利于金刚石薄膜生长的活性基团。