，热丝与衬底的距离为5mm。形核阶段热丝总功率为4400W，气压1.6kPa，偏压4A，形核时间37分钟；生长阶段热丝总功率为4800W，气压1.3kPa，偏压4A，生长时间I小时。生长结束后，缓慢降功率并持续通氢气进行冷却，制备得到纳米金刚石薄膜。对纳米金刚石薄膜进行磷离子注入，采用10keV同位素分离器，注入剂量1012cm_2，能量80keV。再对样品在900°C、4000Pa气压下退火30分钟。最后在纳米金刚石薄膜一侧沉积钛/金电极，并在450°C下真空退火20分钟，在硅衬底一侧制作铟电极，形成欧姆接触，获得η型纳米金刚石薄膜/p型硅异质pn结原型器件，结构模型如图1所示。采用Keithley2612B半导体测试系统获得器件的1-V曲线。
[0030]图2为剂量为112CnT2的磷离子注入纳米金刚石薄膜退火后的扫描电子显微镜(SEM)照片，可见薄膜表面致密、平整、颗粒均匀。图3为剂量为112CnT2的磷离子注入纳米金刚石薄膜退火后的可见光拉曼(Raman)光谱，在13320^1处为金刚石特征峰，在ΠδΟαιΓ1和1560cm—1分别为较强的D峰和G峰，为典型的纳米金刚石薄膜的谱图。图4为η型纳米金刚石薄膜/P型硅异质pn结室温下的1-V曲线图。测试结果表明，室温下此异质结在±60V处的整流率约为102，反向漏电流约为10_4A，具有明显的整流特性。由于测试系统的限制，最大电流量程为0.1A，不能获得饱和时的最大整流率。但从趋势看，正向电流远未达到饱和，即该pn结的实际整流率更高，且击穿电压大于100V，可应用于大功率工作条件。文献中氮掺杂纳米金刚石/p型硅的pn结击穿电压为25V，微晶金刚石薄膜pn结的整流率小于10，本专利所述的η型纳米金刚石薄膜/p型硅异质pn结具有更高的工作电压和击穿电压，以及更大的整流率。
[0031]实施例2:
[0032]用金刚石微粉悬浊液对P型单晶硅进行打磨30分钟，将打磨后的硅片置于金刚石微粉溶液中超声震荡15分钟，然后超声清洗，作为生长纳米金刚石薄膜的衬底置于反应室中。采用HFCVD法(化学气相沉积设备购自上海交友钻石涂层有限公司)，以丙酮为碳源，气氛中还包含氩气，其中丙酮、氢气、氩气的流量比为90:200:100，热丝与衬底的距离为5mm。形核阶段热丝总功率4400W，气压1.6kPa，偏压4A，形核时间37分钟；生长阶段热丝总功率为4800W，气压1.3kPa，偏压4A，生长时间I小时。生长结束后，缓慢降功率并持续通氢气进行冷却，制备得到纳米金刚石薄膜。对纳米金刚石薄膜进行磷离子注入，注入剂量1013cm_2，能量80keV。再对样品在800°C、4000Pa气压下下退火20分钟。最后在纳米金刚石薄膜一侧沉积钛/金电极，并在450°C下真空退火20分钟，在硅衬底一侧制作铟电极，形成欧姆接触，获得η型纳米金刚石薄膜/p型硅异质pn结原型器件。采用Keithley 2612B半导体测试系统获得器件的1-V曲线。测试结果表明，室温下此异质pn结在±60V处的整流率约为2X102，反向漏电流约为1(Γ4Α，具有明显的整流特性。击穿电压大于100V，可应用于大功率工作条件。文献中氮掺杂纳米金刚石/P型硅的Pn结击穿电压为25V，微晶金刚石薄膜pn结的整流率小于10，本专利所述的η型纳米金刚石薄膜/p型娃异质pn结具有更高的工作电压和击穿电压，以及更大的整流率。
[0033]实施例3:
[0034]用金刚石微粉悬浊液对P型单晶硅进行打磨30分钟，将打磨后的硅片置于金刚石微粉溶液中超声震荡15分钟，然后超声清洗，作为生长纳米金刚石薄膜的衬底置于反应室中。采用HFCVD法(化学气相沉积设备购自上海交友钻石涂层有限公司)，以丙酮为碳源，气氛中还包含氩气，其中丙酮、氢气、氩气的流量比为90:200:100，热丝与衬底的距离为5mm。形核阶段热丝总功率4400W，气压1.6kPa，偏压4A，形核时间37分钟；生长阶段热丝总功率为4800W，气压1.3kPa，偏压4A，生长时间I小时。生长结束后，缓慢降功率并持续通氢气进行冷却，制备得到纳米金刚石薄膜。对纳米金刚石薄膜进行磷离子注入，注入剂量1014cm_2，能量80keV。再对样品在1000°C、4000Pa气压下下退火10分钟。最后在纳米金刚石薄膜一侧沉积钛/金电极，并在450°C下真空退火20分钟，在硅衬底一侧制作铟电极，形成欧姆接触，获得η型纳米金刚石薄膜/p型硅异质pn结原型器件。采用Keithley 2612B半导体测试系统获得器件的I;曲线。室温下此异质pn结在±60V处的整流率约为2X 103，反向漏电流约为10_4A，具有明显的整流特性。击穿电压大于100V，可应用于大功率工作条件。文献中氮掺杂纳米金刚石/P型硅的pn结击穿电压为25V，微晶金刚石薄膜pn结的整流率小于10，本专利所述的η型纳米金刚石薄膜/p型硅异质结具有更高的工作电压和击穿电压，以及更大的整流率。
【主权项】
1.一种η型纳米金刚石薄膜/p型单晶娃的异质pn结原型器件的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤: (1)采用热丝化学气相沉积法在P型(100)面单晶硅衬底上制备纳米金刚石薄膜； (2)采用离子注入方法，在步骤(I)得到的纳米金刚石薄膜中注入磷离子，得到磷离子注入的纳米金刚石薄膜/p型单晶硅的异质结； (3)将步骤(2)得到的磷离子注入的纳米金刚石薄膜/p型单晶硅的异质结置于低压环境下，800-1000°C温度下退火10-50分钟，得到退火后的纳米金刚石薄膜/p型单晶硅的异质结； (4)退火后的纳米金刚石薄膜/p型单晶硅的异质结在纳米金刚石薄膜一侧沉积钛/金电极，并真空退火，再在P型单晶硅一侧制作铟电极，即制得所述η型纳米金刚石薄膜/p型单晶硅的异质pn结原型器件。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(I)采用以下步骤进行:将金刚石微粉混合于丙三醇得到金刚石微粉悬浊液，对P型(100)面单晶硅片打磨30?60分钟，打磨后的硅片置于金刚石微粉悬浊液中超声震荡15?30分钟，然后分别用去离子水、乙醇和丙酮进行超声清洗，干燥后作为生长纳米金刚石薄膜的衬底，将硅衬底放入热丝化学气相沉积设备，以丙酮为碳源，采用氢气鼓泡的方式将丙酮带入到反应室中，气氛中还包含氩气，其中丙酮、氢气、氩气的流量比为90:200:100，热丝与衬底的距离为5mm ;形核阶段热丝总功率4400W，气压1.6kPa，偏压4A，形核时间37分钟；生长阶段热丝总功率为4800W，气压4.0kPa，偏压4A，生长时间I小时，生长结束后，缓慢降功率并持续通氢气进行冷却，制备得到厚度I?3 μπι的纳米金刚石薄膜。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤⑵中:在步骤⑴得到的纳米金刚石薄膜中注入磷离子，磷离子的注入剂量为10n-1015Cm_2，注入能量为80keV。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(3)中，所述退火在低压环境中进行，所述低压环境为4000Pa。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(3)按以下步骤进行:将步骤(2)得到的磷离子注入的纳米金刚石薄膜/P型单晶硅的异质结封于气压为4000Pa的石英管中，在800-1000°C下退火10-30分钟，得到退火后的纳米金刚石薄膜/p型单晶硅的异质结。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(4)中，所述真空退火是在450°C下真空退火20分钟。7.如权利要求1?6之一所述的方法制备得到的η型纳米金刚石薄膜/p型单晶硅的异质pn结原型器件。8.如权利要求7所述的η型纳米金刚石薄膜/p型单晶硅的异质pn结原型器件，其特征在于所述η型纳米金刚石薄膜/p型单晶硅的异质pn结原型器件具有较高的整流率、工作电压和击穿电压。
【专利摘要】本发明提供了一种n型纳米金刚石薄膜/p型单晶硅的异质pn结原型器件及其制备方法：采用热丝化学气相沉积法在p型(100)面单晶硅衬底上制备纳米金刚石薄膜；采用离子注入方法，在纳米金刚石薄膜注入磷离子，得到的异质结置于低压环境下，800-1000℃温度下退火10-50分钟，然后在纳米金刚石薄膜一侧沉积钛/金电极并真空退火，再在p型单晶硅一侧制作铟电极，即制得所述n型纳米金刚石薄膜/p型单晶硅的异质pn结原型器件。本发明通过对纳米金刚石薄膜进行磷离子注入，并进行低压退火处理，得到电学性能优异的n型电导层，较氮掺杂、磷掺杂单晶金刚石的电学性能有了显著提升；获得了整流性能良好的pn结原型器件。
【IPC分类】B82Y40/00, H01L21/324, H01L21/04, B82Y30/00, H01L21/02
【公开号】CN104882366
【申请号】CN201510151263
【发明人】胡晓君, 黄凯
【申请人】浙江工业大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年3月31日