[发明专利]一种具有晶粒密堆积结构的高迁移率n型纳米金刚石薄膜及其制备方法

摘要

本发明公开了一种具有新颖微结构的高迁移率n型纳米金刚石薄膜及其制备方法：采用热丝化学气相沉积方法(HFCVD)，在单晶硅衬底上制备纳米金刚石薄膜。以丙酮作为碳源，采用氢气鼓泡方式将碳源带入反应室腔体，生长时间约40‑60分钟，制备得到厚度1‑3μm左右的纳米金刚石薄膜，晶粒尺寸10‑30nm，薄膜中非晶碳晶界含量非常少。对该晶粒密堆积纳米金刚石薄膜进行硫离子以及氧离子注入，注入后的样品再进行低真空退火，即得到所述迁移率普遍达到400cm2/V·s以上的n型纳米金刚石薄膜。对于实现金刚石薄膜在半导体器件、光电子领域、场发射显示器等领域的应用具有十分重要的意义和价值。

主权项

1.一种高迁移率n型纳米金刚石薄膜的制备方法，其特征在于所述制备方法包括以下步骤：(1)将预处理后的单晶硅衬底置于热丝化学气相沉积设备的反应转台上，以丙酮作为碳源，采用氢气鼓泡方式将碳源带入反应室腔体，碳源流量40‑100sccm，额外通入氢气流量150‑240sccm，反应腔体内温度为500～600℃、热丝功率1800‑2400W、在沉积过程中关闭偏压，生长时间40‑60分钟，制备得到厚度1‑3μm，晶粒尺寸在10‑30nm的纳米晶粒密堆积金刚石薄膜；(2)采用离子注入的方法，在步骤(1)得到的纳米晶粒密堆积金刚石薄膜中注入硫离子或氧离子，得到离子注入后的薄膜；(3)将步骤(2)中得到的离子注入后的薄膜进行低真空氧化退火：真空度1000‑7000Pa，退火温度500～1200℃，退火时间10‑50分钟，即可得到所述高迁移率n型离子注入纳米金刚石薄膜。