金刚石装置或结构以及用于生产金刚石装置或结构的方法

文档序号:37221831发布日期:2024-03-05 15:19阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种金刚石装置或结构(1),包括:

2.根据前述权利要求中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述至少一个或多个支撑结构(5)限定每个凹部(7)或多个凹部(7)的开口(op)和上封围体(ue),并且所述至少一个金刚石微米晶种(ms)位于所述开口(op)和/或所述上封围体(ue)内。

3.根据前述权利要求所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述至少一个金刚石微米晶种(ms)具有在所述开口(op)的大小或直径的40%与95%之间、或60%与95%之间、或75%与95%之间、或75%与90%之间的大小或直径(dd)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述至少一个金刚石微米晶种(ms)限定用于金刚石晶体生长的成核或聚结位点。

5.根据前述权利要求2至4中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述开口(op)和/或所述上封围体(ue)包括多个分布的金刚石纳米晶种(ns)。

6.根据前一项权利要求所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述金刚石纳米晶种(ns)限定用于保形金刚石生长的成核位点。

7.根据前述权利要求中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,每个凹部(7)或多个凹部(7)由至少一个壁(w)和至少一个底板(fl)限定,并且多个金刚石纳米晶种(ns)位于所述至少一个壁(w)上和/或所述至少一个底板(fl)上。

8.根据前一项权利要求所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述至少一个壁(w)完全包围所述至少一个金刚石微米晶种(ms),并且所述至少一个金刚石微米晶种(ms)完全或部分地位于所述至少一个壁(w)内。

9.根据前述权利要求中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,每个凹部或多个凹部(7)具有深度(dp),并且凹部(7)的深度(dp)在所述至少一个金刚石微米晶种(ms)的大小或直径(dd)的60%与1000%之间、或60%与500%之间、或80%与150%之间、或100%与120%之间。

10.根据前述权利要求中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述上封围体(ue)仅包含一个金刚石微米晶种(ms)。

11.根据前述权利要求1至8中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,多个金刚石微米晶种(ms)位于每个凹部(7)内或多个凹部(7)内,并且所述金刚石微米晶种(ms)堆叠以填充每个凹部(7)或多个凹部(7)。

12.根据前一项权利要求所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述金刚石微米晶种(ms)堆叠以延伸到每个凹部(7)或多个凹部(7)的上封围体(ue)。

13.根据前述权利要求11或12所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述金刚石微米晶种(ms)堆叠以延伸到位于凹部(7)的开口(op)的外边缘(rm)的至少60%、或40%、或20%、或15%、或10%、或5%内的位置,或者延伸到位于开口(op)的外边缘(rm)内或由开口(op)的外边缘(rm)包围的位置。

14.根据前述权利要求11至13中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述金刚石微米晶种(ms)从凹部(7)的底板(fl)堆叠。

15.根据前述权利要求2至14中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述至少一个或多个支撑结构(5)包括第一壁(fw)、第二壁(sw)和在所述第一壁与第二壁(fw,sw)之间延伸的上部平台(ul),并且多个金刚石纳米晶种(ns)位于或分布在所述上部平台(ul)上以及所述第一壁和所述第二壁(fw,sw)上。

16.根据前一项权利要求所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述至少一个或多个支撑结构(5)包括多个壁(w)和在所述壁(w)之间延伸的多个上部平台(ul),并且多个金刚石纳米晶种(ns)位于或分布在所述上部平台(ul)上和所述壁(w)上。

17.根据前述权利要求中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述至少一个金刚石微米晶种(ms)包括颗粒或碎片、或者由颗粒或碎片组成,所述颗粒或碎片具有在1μm与2000μm之间、或在1μm与500μm之间、或在1μm与250μm之间、或在1μm与100μm之间、或在1μm与50μm之间、或在3μm与7μm之间的直径或大小(dd)。

18.根据前述权利要求中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述金刚石纳米晶种(ns)包括颗粒或由颗粒组成,所述颗粒具有在1nm与小于1000nm的值之间、或在1nm与200nm之间、或在1nm与100nm之间、或在1nm与50nm之间、或在1nm与15nm之间、或在4nm与11nm之间的直径或大小。

19.根据前述权利要求中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述金刚石纳米晶种(ns)以以下密度分布在所述至少一个支撑层或材料(3)的表面上或附接到所述至少一个支撑层或材料(3)的表面:在108cm-2与1014cm-2之间、或在108cm-2与1013cm-2之间、或在109cm-2与1013cm-2之间、或在109cm-2与1012cm-2之间。

20.根据前述权利要求中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,凹部或多个凹部(7)在所述至少一个支撑层或材料(3)的平面方向上具有开口宽度(wd),所述开口宽度具有在1μm与2000μm之间、或在1μm与500μm之间、或在1μm与250μm之间、或在1μm与100μm之间、或在1μm与50μm之间、或在4μm与15μm之间、或在3μm与6μm之间的值。

21.根据前述权利要求中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,凹部或多个凹部(7)具有在垂直于所述至少一个支撑层或材料(3)的平面方向的方向上延伸的深度(dp),所述深度具有在2μm与1000μm之间、或在2μm与400μm之间、或在2μm与100μm之间、或在2μm与20μm之间、或在2μm与5μm之间的值。

22.根据前述权利要求中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,凹部(7)位于所述至少一个支撑层或材料(3)的至少一个区域或多个区域上,或者凹部(7)完全横跨所述至少一个支撑层或材料(3)定位。

23.根据前述权利要求中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述多个凹部(7)横跨所述至少一个支撑层或材料(3)被配置为周期性凹部阵列或被布置成周期性阵列布置;或者被布置成非周期性凹部阵列。

24.根据前述权利要求中任一项所述的金刚石装置或结构(1),还包括附接到所述至少一个支撑层或材料(3)的金刚石层(9)。

25.根据前述权利要求中任一项所述的金刚石装置或结构(1),还包括直接附接到所述至少一个支撑层或材料(3)的金刚石层(9)或经抛光的金刚石层(9)。

26.根据前述权利要求24或25所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述金刚石微米晶种(ms)布置在凹部(7)内并且所述金刚石纳米晶种(ns)分布在所述至少一个支撑层或材料(3)上并分布在凹部(7)内,以将所述金刚石层(9)化学结合和/或机械锚固或固定至所述至少一个支撑层或材料(3)。

27.根据前述权利要求24至26中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述金刚石层(9)从所述凹部(7)的开口(op)中和/或所述凹部(7)的上封围体(ue)中的金刚石微米晶种(ms)延伸。

28.根据前述权利要求24至27中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述金刚石层(9)仅从所述凹部(7)的开口(op)中和/或所述凹部(7)的上封围体(ue)中的金刚石微米晶种(ms)延伸。

29.根据前述权利要求24至28中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,每个凹部(7)或多个凹部(7)的下封围体(le)是无金刚石生长的。

30.根据前述权利要求24至29中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述金刚石层(9)具有>6μm的厚度。

31.根据前述权利要求24至30中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述金刚石微米晶种(ms)和所述金刚石纳米晶种(ns)均在所述至少一个支撑层或材料(3)上限定金刚石晶体生长成核或聚结位点。

32.根据前述权利要求24至31中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述金刚石层(9)是经抛光的金刚石层(9)。

33.根据前一项权利要求所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述经抛光的金刚石层(9)具有纳米或亚纳米表面粗糙度。

34.根据前述权利要求24至33中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述金刚石层(9)是包含至少98%碳原子的高纯度金刚石层。

35.根据前述权利要求24至34中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述金刚石装置或结构(1)在所述金刚石层(9)与所述至少一个支撑层或材料(3)之间无夹层。

36.根据前一项权利要求所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述金刚石装置或结构(1)在所述金刚石层(9)和所述至少一个支撑层或材料(3)之间无aln夹层、无sin夹层、或无sic夹层。

37.根据前述权利要求中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述金刚石装置或结构(1)包括多个支撑层或材料(3),并且所述至少一个或多个支撑结构(5)位于所述多个支撑层或材料(3)内。

38.根据前一项权利要求所述的金刚石装置或结构(1),其中,凹部(7)延伸通过所述多个支撑层或材料(3)。

39.根据前述权利要求中任一项所述的金刚石装置或结构(1),包括衬底(3a)和附接到所述衬底(3a)的至少一个或多个支撑层或材料(3)。

40.根据前一项权利要求所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述至少一个或多个支撑结构(5)位于所述至少一个层(3)或多个层(3)内;或者位于所述至少一个层或所述多个层(3)和所述衬底(3a)内。

41.根据前述权利要求39或40所述的金刚石装置或结构(1),其中,凹部(7)仅延伸通过附接到所述衬底(3a)的所述至少一个层或所述多个层(3),或者延伸通过附接到所述衬底(3a)的所述至少一个层或所述多个层(3)并延伸到所述衬底(3a)中。

42.根据前述权利要求中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述至少一个支撑层或材料(3)包括gan或algan,或者由gan或algan组成。

43.根据前述权利要求中任一项所述的金刚石装置或结构(1),包括衬底(3a),所述至少一个支撑层或材料(3)位于所述衬底(3a)上。

44.根据前述权利要求中任一项所述的金刚石装置或结构(1),包括衬底(3a)以及位于所述衬底(3a)上的gan和/或algan层。

45.根据前述权利要求43或44所述的金刚石装置或结构(1),其中,凹部(7)延伸到所述衬底(3a)或延伸到所述衬底(3a)中。

46.根据前述权利要求42至44中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述衬底(3a)包括si、sic、gaas、ga2o3、硼硅酸盐、石英或蓝宝石,或者由si、sic、gaas、ga2o3、硼硅酸盐、石英或蓝宝石组成。

47.一种电子装置或集成电路,包括根据前述权利要求中任一项所述的金刚石装置或结构(1)。

48.一种用于生产金刚石装置或结构(1)的方法,包括以下步骤:

49.根据权利要求48所述的方法,其中,提供包括至少一个或多个支撑结构(5)和多个凹部(7)的至少一个支撑层或材料(3)的步骤包括以下步骤:

50.根据前述权利要求48或49所述的方法,其中,每个凹部(7)或多个凹部(7)由至少一个壁(w)和至少一个底板(fl)限定,所述至少一个壁(w)延伸以限定完全包围的壁(w),用于将所述至少一个金刚石微米晶种(ms)完全或部分地接收在所述至少一个壁(w)内。

51.根据前述权利要求48至50中任一项所述的方法,其中,凹部或多个凹部(7)在所述至少一个支撑层或材料(3)的平面方向上具有开口宽度(wd),所述开口宽度具有在1μm与2000μm之间、或在1μm与500μm之间、或在1μm与250μm之间、或在1μm与100μm之间、或在1μm与50μm之间、或在4μm与15μm之间、或在3μm与8μm之间、或在3μm与6μm之间的值,和/或凹部或多个凹部(7)具有在垂直于所述至少一个支撑层或材料(3)的平面方向的方向上延伸的深度(dp),所述深度具有在2μm与1000μm之间、或在2μm与300μm之间、或在2μm与100μm之间、或在2μm与50μm之间、或在2μm与15μm之间、或在2μm与5μm之间的值。

52.根据前述权利要求48至51中任一项所述的方法,其中,凹部(7)位于所述至少一个支撑层或材料(3)的至少一个区域或多个区域上,或者凹部(7)完全横跨所述至少一个支撑层或材料(3)定位。

53.根据前述权利要求中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述多个凹部(7)横跨所述至少一个支撑层或材料(3)被配置为周期性凹部阵列或被布置成周期性阵列布置,或者被布置成非周期性凹部阵列。

54.根据权利要求48至53中任一项所述的方法,其中,执行金刚石引晶的步骤包括以下步骤:

55.根据前一项权利要求所述的方法,其中,所述微米晶种(ms)和所述纳米晶种(ns)一起被提供在所述至少一个支撑层或材料(3)的表面上进行搅动,或者顺序地被提供,和/或多次被提供。

56.根据前一项权利要求所述的方法,还包括冲洗和/或干燥。

57.根据前述权利要求48至56中任一项所述的方法,其中,所述金刚石微米晶种(ms)包括颗粒或碎片、或者由颗粒或碎片组成,所述颗粒或碎片具有在1μm与1000μm之间、或在1μm与500μm之间、或在1μm与250μm之间、或在1μm与100μm之间、或在1μm与50μm之间、或在3μm与7μm之间的直径或大小(dd)。

58.根据前述权利要求48至57中任一项所述的方法,其中,所述金刚石纳米晶种(ns)包括颗粒、或由颗粒组成,所述颗粒具有在1nm与小于1000nm的值之间、或在1nm与200nm之间、或在1nm与100nm之间、或在1nm与50nm之间、或在1nm与10nm之间、或在3nm与15nm之间、或在5nm与10nm之间的直径或大小。

59.根据前述权利要求48至58中任一项所述的方法,其中,所述金刚石纳米晶种(ns)以>108cm-2的密度分布在所述至少一个支撑层或材料(3)的表面上或附接到所述至少一个支撑层或材料(3)的表面。

60.根据前述权利要求48至59中任一项所述的方法,其中,所述至少一个或多个支撑结构(5)限定每个凹部(7)或多个凹部(7)的开口(op)和上封围体(ue),并且至少一个金刚石微米晶种(ms)位于所述开口(op)和/或所述上封围体(ue)内。

61.根据前一项权利要求所述的方法,其中,所述金刚石微米晶种(ms)具有在所述开口(op)的大小或直径的40%与95%之间、或75%与95%之间的大小或直径(dd)。

62.根据前述权利要求48至61中任一项所述的方法,其中,所述至少一个金刚石微米晶种(ms)限定用于金刚石晶体生长的成核或聚结位点。

63.根据前述权利要求60至62中任一项所述的方法,其中,所述上封围体(ue)包括多个分布的金刚石纳米晶种(ns)。

64.根据前一项权利要求所述的方法,其中,所述金刚石纳米晶种(ns)限定用于保形金刚石生长的成核位点。

65.根据前述权利要求48至64中任一项所述的方法,其中,每个凹部(7)或多个凹部(7)由至少一个壁(w)和至少一个底板(fl)限定,并且多个金刚石纳米晶种(ns)位于所述至少一个壁(w)上和/或所述至少一个底板(fl)上。

66.根据前述权利要求48至65中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,每个凹部或多个凹部(7)具有深度(dp),并且凹部(7)的深度(dp)在所述至少一个金刚石微米晶种(ms)的大小或直径(dd)的60%与150%之间、或60%与120%之间、或60%与100%之间。

67.根据前述权利要求中任一项所述的金刚石装置或结构(1),其中,所述上封围体(ue)仅包含一个金刚石微米晶种(ms)。

68.根据前述权利要求48至65中任一项所述的方法,其中,多个金刚石微米晶种(ms)位于每个凹部(7)内或多个凹部(7)内,并且所述金刚石微米晶种(ms)堆叠以填充每个凹部(7)或多个凹部(7)。

69.根据前述权利要求46至69中任一项所述的方法,其中,所述金刚石微米晶种(ms)堆叠,以延伸到每个凹部(7)或多个凹部(7)的上封围体(ue)。

70.根据前述权利要求69或70所述的方法,其中,所述金刚石微米晶种(ms)堆叠,以延伸到位于凹部(7)的开口(op)的外边缘(rm)的至少60%、或40%、或20%、或15%、或10%、或5%内的位置,或者延伸到位于开口(op)的外边缘(rm)内或由开口(op)的外边缘(rm)包围的位置。

71.根据前述权利要求69至71中任一项所述的方法,其中,所述金刚石微米晶种(ms)从凹部(7)的底板(fl)堆叠。

72.根据前述权利要求58至67中任一项所述的方法,其中,所述至少一个或多个支撑结构(5)包括第一壁(fw)、第二壁(sw)和在所述第一壁与第二壁(fw,sw)之间延伸的上部平台(ul),并且多个金刚石纳米晶种(ns)位于或分布在所述上部平台(ul)以及所述第一壁和第二壁(fw,sw)上。

73.根据前一项权利要求所述的方法,其中,所述至少一个或多个支撑结构(5)包括多个壁(w)和在所述壁(w)之间延伸的多个上部平台(ul),并且多个金刚石纳米晶种(ns)位于或分布在所述上部平台(ul)和所述壁(w)上。

74.根据前述权利要求48至74中任一项所述的方法,还包括在所述金刚石晶种支撑层或材料(3)上沉积金刚石层(9)的金刚石生长步骤。

75.根据前一项权利要求所述的方法,其中,使用化学气相沉积(cvd)来执行金刚石生长步骤。

76.根据前一项权利要求所述的方法,其中,所述金刚石微米晶种(ms)布置在凹部(7)内并且所述金刚石纳米晶种(ns)分布在所述至少一个支撑层或材料(3)上并分布在凹部(7)内,以将所述金刚石层(9)化学结合和/或机械锚固或固定至所述至少一个支撑层或材料(3)。

77.根据前一项权利要求所述的方法,其中,所述金刚石层(9)是多晶或单晶金刚石层(9)。

78.根据前述权利要求48至78中任一项所述的方法,还包括抛光所述金刚石层(9)的金刚石抛光步骤。

79.根据前一项权利要求所述的方法,其中,使用化学和/或机械抛光来执行所述金刚石层(9)的抛光。

80.根据前一项权利要求所述的方法,其中,执行所述金刚石层(9)的抛光,以提供具有纳米或亚纳米表面粗糙度的经抛光的金刚石层(9)。

81.根据前述权利要求48至81中任一项所述的方法,其中,提供所述至少一个支撑层或材料(3)的步骤包括:

82.根据前述权利要求48至82中任一项所述的方法,其中,提供所述至少一个支撑层或材料(3)的步骤包括:

83.根据前述权利要求48至83中任一项所述的方法,其中,所述至少一个支撑层或材料(3)包括gan或algan、或者由gan或algan组成。

84.根据前述权利要求48至84中任一项所述的方法,其中,提供衬底(3a)和位于所述衬底上的至少一个层(3)。

85.根据前述权利要求8至85中任一项所述的方法,其中,提供衬底(3a)和位于所述衬底(3a)上的gan和/或algan层(3)。

86.根据前述权利要求83至86中任一项所述的方法,其中,所述凹部(7)延伸到所述衬底(3a)或延伸到所述衬底(3a)中。

87.根据前述权利要求83至87中任一项所述的方法,其中,所述衬底(3a)包括si、sic、gaas、ga2o3、硼硅酸盐、石英或蓝宝石,或者由si、sic、gaas、ga2o3、硼硅酸盐、石英或蓝宝石组成。


技术总结
本发明涉及一种金刚石装置或结构,其包括至少一个支撑层或材料,所述至少一个支撑层或材料包括在至少一个支撑层或材料内的至少一个或多个支撑结构;由至少一个或多个支撑结构限定的多个凹部;和位于每个凹部或多个凹部中的至少一个金刚石微米晶种和多个金刚石纳米晶种。

技术研发人员:R·苏莱曼·扎德·阿德比利,M·纳蒙,E·D·N·马蒂奥利
受保护的技术使用者:洛桑联邦理工学院
技术研发日:
技术公布日:2024/3/4
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