技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于新型半導(dǎo)體制備技術(shù)領(lǐng)域；特別是提供了一種利用低成本高溫高壓ib型單晶金剛石襯底制備高性能金剛石半導(dǎo)體的簡(jiǎn)便方法，特點(diǎn)是在低成本的高溫高壓金剛石襯底上通過引入具有自修復(fù)功能的氧原子，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量金剛石薄層的外延生長(zhǎng)，并通過氫等離子體中的激活修飾，實(shí)現(xiàn)高性能金剛石半導(dǎo)體的制備。

背景技術(shù)：
：

金剛石材料由于具有寬帶隙(5.5ev)、高載流子遷移率(特別是空穴遷移率比單晶si、gaas高得多)、高導(dǎo)熱系數(shù)(2200w/mk)、高的johnson指標(biāo)和keyse指標(biāo)(均高于si和gaas十倍以上)等等，成為極高頻超高功率領(lǐng)域應(yīng)用的最佳材料選擇。隨著金剛石膜微細(xì)加工技術(shù)、摻雜半導(dǎo)體的薄膜合成技術(shù)、歐姆接觸電極的制作、絕緣膜形成以及性能測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步，金剛石膜在電子器件方面的應(yīng)用研究已從最初的熱沉材料、溫度傳感器擴(kuò)展到微加速度、微生物、壓力傳感器、顯示器用場(chǎng)發(fā)射陰極、離子及輻射探測(cè)器等各個(gè)方面，特別是用于集成電路的高頻大功率場(chǎng)效應(yīng)管(fieldeffecttransistor，縮寫fet)的成功研制有望將超大規(guī)模和超高速集成電路帶入一個(gè)嶄新的時(shí)代。

然而當(dāng)前金剛石作為半導(dǎo)體使用主要面臨高性能金剛石半導(dǎo)體難于獲得的問題。本征金剛石屬于絕緣體，只有通過將其半導(dǎo)體化才能實(shí)現(xiàn)電子器件所需的電學(xué)性質(zhì)。截至目前，通過摻雜實(shí)現(xiàn)n型與p型金剛石半導(dǎo)體性能仍然表現(xiàn)不佳。n型半導(dǎo)體存在性能不穩(wěn)定，摻雜引入缺陷降低導(dǎo)電溝道性能降低等問題。而對(duì)于p型半導(dǎo)體，常用的b摻雜金剛石電離激活能為0.37ev，在室溫下難于完全電離。增加硼原子摻雜濃度將導(dǎo)致嚴(yán)重的點(diǎn)陣畸變，使得載流子遷移率降低。相比而言，金剛石表面通過實(shí)現(xiàn)氫終結(jié)，將在金剛石的亞表面形成一個(gè)具有二維空穴氣特征的導(dǎo)電溝道，該導(dǎo)電溝道具有電離激活能低(0.05ev)，載流子密度穩(wěn)定(10¹²-10¹⁴/cm²)等優(yōu)點(diǎn)。然而氫終結(jié)表面導(dǎo)電溝道易于受到單晶金剛石材料的雜質(zhì)含量與表面粗糙度影響。為獲得高性能金剛石半導(dǎo)體，首先要求單晶金剛石材料具有極低的雜質(zhì)和缺陷密度。而高質(zhì)量單晶金剛石材料制備相對(duì)困難。一方面由于金剛石襯底本身的雜質(zhì)和缺陷很容易在外延生長(zhǎng)的單晶金剛石材料中延伸，因此高質(zhì)量單晶金剛石材料制備需要使用同樣高質(zhì)量的單晶金剛石襯底，而高質(zhì)量金剛石襯底本身相對(duì)稀少且昂貴。另一方面當(dāng)前高質(zhì)量單晶金剛石襯底通常采用化學(xué)氣相沉積法制備，通常沉積速率較慢，例如基于化學(xué)氣相沉積制備電子級(jí)單晶金剛石的沉積速率約為數(shù)十-數(shù)百納米/小時(shí)，欲制備可滿足應(yīng)用厚度的高質(zhì)量單晶金剛石材料，如100微米，需耗時(shí)數(shù)百小時(shí)，且產(chǎn)量不高。因此受制備技術(shù)限制，高質(zhì)量單晶金剛石材料產(chǎn)量低、成本極高，成為制約金剛石半導(dǎo)體發(fā)展的主要瓶頸。其次，高質(zhì)量單晶金剛石半導(dǎo)體材料用于電子器件應(yīng)用，需保證表面粗糙度至少低于5nm。為使單晶金剛石材料獲得低表面粗糙度，通常需采用機(jī)械拋光獲得光潔表面后，進(jìn)一步通過氫等離子體處理獲得表面氫終結(jié)。然而，金剛石表面機(jī)械拋光后往往會(huì)在金剛石襯底表面與亞表面產(chǎn)生損傷層，導(dǎo)致外延生長(zhǎng)的金剛石會(huì)遺傳襯底中位錯(cuò)等缺陷，從而對(duì)氫終結(jié)表面導(dǎo)電溝道的載流子輸運(yùn)性質(zhì)造成不利影響。此外，單純的氫等離子體處理也將由于刻蝕作用使金剛石材料表面變得粗糙，導(dǎo)電性能下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于通過使用市售廉價(jià)高溫高壓ib型單晶金剛石襯底，初期通過將金剛石襯底清洗并鈍化，使得金剛石襯底表面形成均一的碳氧鍵；隨后采用氫等離子體活化金剛石表面，解吸表面碳氧鍵，露出新鮮的碳碳懸掛鍵。進(jìn)一步在單晶金剛石襯底上采用微波等離子體化學(xué)氣相沉積(mpcvd)法外延生長(zhǎng)高質(zhì)量單晶金剛石薄層，生長(zhǎng)過程中引入氧原子，對(duì)金剛石外延層中的雜質(zhì)、缺陷以及表面粗糙度具有改善修復(fù)作用，明顯降低外延層中雜質(zhì)含量、缺陷密度以及表面粗糙度。最后關(guān)閉碳源與氧氣。用微波氫等離子體進(jìn)一步修飾外延生長(zhǎng)后的高質(zhì)量單晶金剛石，獲得高的氫終結(jié)密度。在氫氣氣氛下冷卻至室溫，最終獲得具有良好表面導(dǎo)電性的金剛石半導(dǎo)體。

一種基于低成本單晶金剛石制備高性能金剛石半導(dǎo)體的方法，其特征在于采用市售廉價(jià)高溫高壓ib型單晶金剛石襯底，通過引入具有修復(fù)功能的氧原子外延生長(zhǎng)高質(zhì)量單晶金剛石薄層，通過氫等離子體修飾實(shí)現(xiàn)高氫終結(jié)密度，并獲得高性能金剛石半導(dǎo)體，具體包括以下步驟：

步驟1：?jiǎn)尉Ы饎偸r底清洗與鈍化；

選用市售厚度0.2-3mm，邊長(zhǎng)2mm-10mm方形高溫高壓ib型單晶金剛石襯底，對(duì)單晶金剛石襯底進(jìn)行超聲清洗，以去除表面污染物，依次使用丙酮、酒精對(duì)單晶金剛石襯底進(jìn)行超聲清洗，超聲波功率為50-300w，每次清洗30min，吹干。

對(duì)清洗后的金剛石襯底進(jìn)行酸洗處理，去除金剛石襯底在制備與加工過程中存在的金屬催化劑與石墨夾雜，并對(duì)金剛石襯底表面進(jìn)行鈍化處理，形成均勻一致的氧終結(jié)。將單晶金剛石襯底置于硫酸：硝酸濃度為5:1的溶液，加熱回流，待溶液沸騰后，煮沸30-60min。隨后采用去離子水超聲清洗金剛石襯底2遍，超聲波功率為50-300w，每次清洗30min，吹干。

步驟2:單晶金剛石襯底表面活化

將表面鈍化的單晶金剛石襯底置于微波化學(xué)氣相沉積裝置中，采用微波氫等離子體對(duì)單晶金剛石襯底表面進(jìn)行活化，利用氫等離子體加熱作用解吸金剛石表面碳氧鍵，并通過氫等離子體刻蝕作用打斷金剛石表面碳碳鍵，露出新鮮的碳懸掛鍵，為進(jìn)一步外延生長(zhǎng)高質(zhì)量單晶薄層做準(zhǔn)備。表面活化溫度以不產(chǎn)生明顯刻蝕為基礎(chǔ)，通?；罨瘻囟?50-850℃，活化時(shí)間5-10min。

步驟3:高質(zhì)量單晶金剛石外延生長(zhǎng)

單晶金剛石襯底經(jīng)表面活化后，在微波等離子體中通入碳源與氧氣，進(jìn)行高質(zhì)量單晶金剛石的外延生長(zhǎng)。一方面為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量低缺陷密度單晶金剛石的生長(zhǎng)，要求等離子體具有高的功率密度和氫原子濃度，使得含碳基團(tuán)具有高的能量，同時(shí)要求金剛石襯底具有適宜的溫度，既能夠?qū)崿F(xiàn)含碳基團(tuán)在襯底表面的有效擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量二維臺(tái)階生長(zhǎng)，又能避免高溫下生長(zhǎng)速率過快導(dǎo)致粗糙度增加。另一方面，在單晶金剛石襯底上的外延生長(zhǎng)通常會(huì)遺傳襯底表面的缺陷與雜質(zhì)，還易于受到等離子體環(huán)境中的雜質(zhì)影響。通過引入氧氣產(chǎn)生的激活氧原子，可以抑制氮、硅空位等缺陷的形成，降低缺陷密度。還會(huì)由于氧原子強(qiáng)的氧化刻蝕作用，去除非金剛石相，提高外延薄層單晶金剛石的結(jié)晶質(zhì)量。此外摻入氧后的金剛石單晶外延生長(zhǎng)，通常生長(zhǎng)速率較低，可以進(jìn)一步起到改善表面粗糙度的作用，而該高質(zhì)量金剛石外延層的厚度通常在不超過1μm情況下對(duì)表面粗糙度改善程度最佳。因此高質(zhì)量單晶金剛石外延生長(zhǎng)工藝為：生長(zhǎng)溫度850-1000℃，壓力15-25kpa，功率1-5kw，甲烷濃度0.5％-1.5％，氧碳原子比2％-20％，生長(zhǎng)時(shí)間10min-2h。

步驟4:外延金剛石表面半導(dǎo)體化

4.1金剛石表面氫等離子體激活修飾

高質(zhì)量單晶金剛石薄層外延生長(zhǎng)后表面將形成由含碳基團(tuán)抽取反應(yīng)形成的ch鍵，然而該基團(tuán)中以ch3為主，而對(duì)氫終結(jié)金剛石表面載流子導(dǎo)電溝道起主要作用的是ch鍵。為此為進(jìn)一步提高金剛石表面的ch鍵密度，將關(guān)閉碳源與氧源，使用純氫等離子體對(duì)金剛石表面激活修飾。一方面使得外延生長(zhǎng)過程中生成的ch鍵最大限度保留，另一方面需避免氫等離子體對(duì)表面刻蝕損傷，造成粗糙度增加，因此通過調(diào)整氫等離子體能量密度、處理溫度與時(shí)間，實(shí)現(xiàn)表面ch鍵密度最大化。高質(zhì)量單晶金剛石外延層的表面等離子體激活修飾溫度為750-850℃，處理時(shí)間1-8min。

4.2金剛石表面氫等離子體穩(wěn)定化處理

氫等離子體激活修飾后的外延單晶金剛石薄層表面實(shí)現(xiàn)了ch鍵合密度最大化，為使等離子體中的金剛石表面ch鍵能夠保留至室溫，需要控制金剛石溫度下降速率，以保證ch鍵的穩(wěn)定性，要求不超過20℃/min。伴隨金剛石襯底溫度降低，直至等離子體關(guān)閉，繼續(xù)保持氫氣流通，以免由于冷卻過程中的ch鍵脫附，直至降至室溫，即可獲得具有高性能表面導(dǎo)電溝道氫終結(jié)金剛石半導(dǎo)體。

至此實(shí)現(xiàn)了以低成本高溫高壓ib型單晶金剛石為襯底，通過外延一薄層高質(zhì)量單晶金剛石，并通過激活修飾制備了具有良好導(dǎo)電性質(zhì)的金剛石p型半導(dǎo)體。該半導(dǎo)體可用于耐壓、抗輻照等高頻高功率電子器件研制，也可進(jìn)一步通過諸如氨化、氟化等修飾實(shí)現(xiàn)在生物醫(yī)藥、傳感器等方面的應(yīng)用。

本發(fā)明實(shí)施過程的關(guān)鍵在于：

1.為實(shí)現(xiàn)低成本單晶金剛石制備高性能金剛石半導(dǎo)體，要求市售單晶金剛石襯底為高溫高壓ib型，僅具有孤立氮原子雜質(zhì)，無氮原子對(duì)型雜質(zhì)。

2.為滿足電子器件應(yīng)用要求，要求市售單晶金剛石襯底表面粗糙度低于5nm。

3.為去除單晶金剛石襯底在制備與加工過程中存在的金屬催化劑與石墨夾雜，并對(duì)金剛石襯底表面進(jìn)行鈍化處理，采用硫酸：硝酸濃度為5:1的溶液，煮沸30-60min。

4.表面鈍化的單晶金剛石襯底需首先采用氫等離子體活化，表面活化溫度以不產(chǎn)生明顯刻蝕為前提，通?；罨瘻囟?50-850℃，活化時(shí)間5-10min。

5.為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量低缺陷密度單晶金剛石的生長(zhǎng)，首先要求等離子體具有高的功率密度和氫原子濃度，使得含碳基團(tuán)具有高的能量，同時(shí)要求金剛石襯底具有適宜的溫度，既能夠?qū)崿F(xiàn)含碳基團(tuán)在襯底表面的有效擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量二維臺(tái)階生長(zhǎng)，又能避免高溫下生長(zhǎng)速率過快導(dǎo)致粗糙度增加。通常生長(zhǎng)溫度850-1000℃，壓力15-25kpa，功率1-5kw，甲烷濃度0.5％-1.5％。

6.單晶金剛石外延過程中，通過引入氧氣產(chǎn)生的激活氧原子，可以抑制氮、硅空位等缺陷的形成，降低缺陷密度；同時(shí)由于氧原子強(qiáng)的氧化刻蝕作用，去除非金剛石相，提高外延薄層單晶金剛石的結(jié)晶質(zhì)量；還會(huì)進(jìn)一步改善外延金剛石的表面粗糙度，但過高的摻氧濃度會(huì)導(dǎo)致刻蝕過程強(qiáng)于生長(zhǎng)過程，通常控制氧碳原子比2％-20％。

7.單晶金剛石外延層的生長(zhǎng)厚度要求既能夠滿足生長(zhǎng)后低的表面粗糙度，同時(shí)能夠依托高溫高壓襯底生長(zhǎng)出低缺陷密度的金剛石外延層。通常該外延層厚度不超過1μm，對(duì)應(yīng)于生長(zhǎng)時(shí)間10min-2h。

8.通過外延生長(zhǎng)后的金剛石表面具有表面氫終結(jié)，但大多是由于抽取反應(yīng)產(chǎn)生的ch3鍵，而對(duì)表面導(dǎo)電性起主要作用的ch鍵需要進(jìn)一步通過微波氫等離子體激活，提高氫終結(jié)金剛石表面ch鍵密度。激活過程需避免氫等離子體對(duì)表面刻蝕損傷，造成粗糙度增加。通常激活修飾溫度為750-850℃，處理時(shí)間1-8min。

9.為使經(jīng)氫等離子體處理后的金剛石表面ch鍵能夠保留至室溫，需要控制金剛石溫度下降速率，以保證ch鍵的穩(wěn)定性，需要不超過20℃/min。伴隨金剛石襯底溫度降低，直至等離子體關(guān)閉，繼續(xù)保持氫氣流通，以免由于冷卻過程中的ch鍵脫附，直至降至室溫。

10.對(duì)于本發(fā)明中所選的高溫高壓ib型單晶金剛石襯底，襯底取向可以是(100)，也可以是(110)或(111)。

11本發(fā)明提供的高質(zhì)量單晶金剛石外延層生長(zhǎng)，可以通過氫原子修飾實(shí)現(xiàn)高性能金剛石半導(dǎo)體，也可以通過表面氨化、氟化等其他修飾方法得到高性能金剛石半導(dǎo)體，可用于其他生物醫(yī)藥、傳感等領(lǐng)域。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1.本發(fā)明采用低成本的市售高溫高壓?jiǎn)尉ё鳛橐r底并通過外延生長(zhǎng)厚度不超過1μm的高質(zhì)量金剛石薄層，即可實(shí)現(xiàn)高性能金剛石半導(dǎo)體的制備。相比于傳統(tǒng)需要生長(zhǎng)較厚高質(zhì)量單晶金剛石襯底，不僅技術(shù)難度極大下降，工藝流程簡(jiǎn)化，而且能夠顯著縮短生長(zhǎng)周期，從制造成本、生產(chǎn)效率與產(chǎn)量上均具有明顯的優(yōu)勢(shì)，將為金剛石半導(dǎo)體的大面積推廣應(yīng)用提供具有價(jià)值的手段。

2.通過在金剛石外延生長(zhǎng)過程中引入激活的氧原子，不僅可以抑制氮、硅空位等缺陷的形成，降低缺陷密度；同時(shí)由于氧原子強(qiáng)的氧化刻蝕作用，去除非金剛石相，提高外延薄層單晶金剛石的結(jié)晶質(zhì)量；還會(huì)進(jìn)一步改善外延金剛石的表面粗糙度。氧原子摻入實(shí)現(xiàn)的三種有利作用對(duì)于金剛石半導(dǎo)體制備具有重要作用，能夠顯著提升金剛石半導(dǎo)體的電學(xué)性能，為金剛石電子器件的研制奠定良好的基礎(chǔ)。通過摻氧實(shí)現(xiàn)的高質(zhì)量單晶金剛石外延層生長(zhǎng)，還可以通過氨化、氟化等修飾用于其他生物醫(yī)藥、傳感等領(lǐng)域。

3.通過單晶金剛石襯底表面鈍化后，隨后的表面激活、高質(zhì)量金剛石薄層外延生長(zhǎng)、表面修飾半導(dǎo)體化過程均可以在化學(xué)沉積系統(tǒng)中連續(xù)操作完成，避免由于過程中斷導(dǎo)致的可能污染，最大限度的實(shí)現(xiàn)低表面粗糙度、高氫終結(jié)密度，獲得最佳的表面導(dǎo)電溝道。

附圖說明：

1.圖1經(jīng)過高質(zhì)量單晶金剛石薄層外延生長(zhǎng)與表面修飾激活后金剛石樣品的表面原子力顯微鏡照片。

2.圖2外延生長(zhǎng)高質(zhì)量單晶金剛石薄層后表面光致發(fā)光譜。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。

將金剛石襯底清洗并鈍化后，采用氫等離子體活化金剛石表面，進(jìn)一步在單晶金剛石襯底上采用微波等離子體化學(xué)氣相沉積(mpcvd)法外延生長(zhǎng)高質(zhì)量單晶金剛石薄層，生長(zhǎng)過程中引入氧原子。最后關(guān)閉碳源與氧氣，用微波氫等離子體進(jìn)一步修飾外延生長(zhǎng)后的高質(zhì)量單晶金剛石，獲得高的氫終結(jié)濃度，最終實(shí)現(xiàn)高性能金剛石半導(dǎo)體。其具體流程見如下實(shí)施例。

實(shí)施例1

以尺寸為邊長(zhǎng)4.3mm、厚度0.8mm的高溫高壓(100)取向ib型單晶金剛石為襯底，依次使用丙酮、酒精對(duì)單晶金剛石襯底進(jìn)行超聲清洗，超聲波功率為300w，每次清洗30min，吹干。對(duì)清洗后的金剛石襯底進(jìn)行酸洗鈍化處理，將金剛石襯底置于硫酸：硝酸濃度為5:1的溶液，煮沸30min。采用去離子水超聲清洗金剛石襯底2遍，超聲波功率為300w，每次清洗30min，吹干。將表面鈍化的單晶金剛石襯底置于微波化學(xué)氣相沉積裝置中，采用微波氫等離子體對(duì)單晶金剛石襯底表面進(jìn)行活化處理，活化溫度800℃，活化時(shí)間5min。單晶金剛石襯底經(jīng)表面活化后，在微波氫等離子體中通入碳源與氧氣，進(jìn)行高質(zhì)量單晶金剛石的外延生長(zhǎng)，外延生長(zhǎng)工藝為：生長(zhǎng)溫度900℃，壓力20kpa，功率2.2kw，氫氣流量300sccm，甲烷流量3sccm，氧氣流量0.6sccm，沉積時(shí)間15min。隨后關(guān)閉甲烷與氧氣，在氫等離子體中活化處理，處理溫度800℃，處理時(shí)間5min，以10℃/min的降溫速率降溫，并在氫氣氣氛下直至金剛石樣品降溫至室溫。經(jīng)外延生長(zhǎng)后的單晶金剛石表面形貌照片示于圖1。對(duì)其進(jìn)行光致發(fā)光譜表征(見圖2)，發(fā)現(xiàn)除了金剛石特征峰外，幾乎未見其他其他雜質(zhì)峰，表明外延單晶金剛石具有較低的雜質(zhì)濃度。經(jīng)測(cè)試，通過高溫高壓(100)取向ib型單晶金剛石襯底外延生長(zhǎng)并激活后的單晶金剛石半導(dǎo)體的方塊電阻7632ω；載流子遷移率79.2cm²/vs；載流子密度1.028×10¹³/cm²，具有較高的表面導(dǎo)電性，可以滿足電子器件的應(yīng)用要求。

實(shí)施例2

以尺寸為邊長(zhǎng)3.8mm、厚度0.85mm的高溫高壓(100)取向ib型單晶金剛石為襯底，依次使用丙酮、酒精對(duì)單晶金剛石襯底進(jìn)行超聲清洗，超聲波功率為240w，每次清洗30min，吹干。對(duì)清洗后的金剛石襯底進(jìn)行酸洗鈍化處理，將金剛石襯底置于硫酸：硝酸濃度為5:1的溶液，煮沸40min。采用去離子水超聲清洗金剛石襯底2遍，超聲波功率為240w，每次清洗30min，吹干。將表面鈍化的單晶金剛石襯底置于微波化學(xué)氣相沉積裝置中，采用微波氫等離子體對(duì)單晶金剛石襯底表面進(jìn)行活化處理，活化溫度750℃，活化時(shí)間10min。單晶金剛石襯底經(jīng)表面活化后，在微波氫等離子體中通入碳源與氧氣，進(jìn)行高質(zhì)量單晶金剛石的外延生長(zhǎng)，外延生長(zhǎng)工藝為：生長(zhǎng)溫度1000℃，壓力26kpa，功率3kw，氫氣流量300sccm，甲烷流量1.5sccm，氧氣流量0.15sccm，沉積時(shí)間30min。隨后關(guān)閉甲烷與氧氣，在氫等離子體中活化處理，處理溫度750℃，處理時(shí)間8min，以20℃/min的降溫速率降溫，并在氫氣氣氛下直至金剛石樣品降溫至室溫?；谝陨瞎に?，同樣獲得了高質(zhì)量單晶金剛石外延層，經(jīng)修飾活化后，單晶金剛石半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)了較高的表面導(dǎo)電性，可以滿足電子器件的應(yīng)用要求。

實(shí)施例3

以尺寸為邊長(zhǎng)8mm、厚度1mm的高溫高壓(100)取向ib型單晶金剛石為襯底，依次使用丙酮、酒精對(duì)單晶金剛石襯底進(jìn)行超聲清洗，超聲波功率為300w，每次清洗30min，吹干。對(duì)清洗后的金剛石襯底進(jìn)行酸洗鈍化處理，將金剛石襯底置于硫酸：硝酸濃度為5:1的溶液，煮沸50min。采用去離子水超聲清洗金剛石襯底2遍，超聲波功率為300w，每次清洗30min，吹干。將表面鈍化的單晶金剛石襯底置于微波化學(xué)氣相沉積裝置中，采用微波氫等離子體對(duì)單晶金剛石襯底表面進(jìn)行活化處理，活化溫度850℃，活化時(shí)間3min。單晶金剛石襯底經(jīng)表面活化后，在微波氫等離子體中通入碳源與氧氣，進(jìn)行高質(zhì)量單晶金剛石的外延生長(zhǎng)，外延生長(zhǎng)工藝為：生長(zhǎng)溫度950℃，壓力24kpa，功率2.5kw，氫氣流量200sccm，甲烷流量3sccm，氧氣流量0.1sccm，沉積時(shí)間15min。隨后關(guān)閉甲烷與氧氣，在氫等離子體中活化處理，處理溫度850℃，處理時(shí)間3min，以20℃/min的降溫速率降溫，并在氫氣氣氛下直至金剛石樣品降溫至室溫。基于以上工藝，同樣獲得了高質(zhì)量單晶金剛石外延層，經(jīng)修飾活化后，單晶金剛石半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)了較高的表面導(dǎo)電性，可以滿足電子器件的應(yīng)用要求。

實(shí)施例4

以尺寸為邊長(zhǎng)2.5mm、厚度1.3mm的高溫高壓(100)取向ib型單晶金剛石為襯底，依次使用丙酮、酒精對(duì)單晶金剛石襯底進(jìn)行超聲清洗，超聲波功率為240w，每次清洗30min，吹干。對(duì)清洗后的金剛石襯底進(jìn)行酸洗鈍化處理，將金剛石襯底置于硫酸：硝酸濃度為5:1的溶液，煮沸60min。采用去離子水超聲清洗金剛石襯底2遍，超聲波功率為240w，每次清洗30min，吹干。將表面鈍化的單晶金剛石襯底置于微波化學(xué)氣相沉積裝置中，采用微波氫等離子體對(duì)單晶金剛石襯底表面進(jìn)行活化處理，活化溫度800℃，活化時(shí)間5min。單晶金剛石襯底經(jīng)表面活化后，在微波氫等離子體中通入碳源與氧氣，進(jìn)行高質(zhì)量單晶金剛石的外延生長(zhǎng)，外延生長(zhǎng)工藝為：生長(zhǎng)溫度850℃，壓力16kpa，功率2kw，氫氣流量300sccm，甲烷流量1.5sccm，氧氣流量0.15sccm，沉積時(shí)間2h。隨后關(guān)閉甲烷與氧氣，在氫等離子體中活化處理，處理溫度800℃，處理時(shí)間5min，以15℃/min的降溫速率降溫，并在氫氣氣氛下直至金剛石樣品降溫至室溫?；谝陨瞎に?，同樣獲得了高質(zhì)量單晶金剛石外延層，經(jīng)修飾活化后，單晶金剛石半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)了較高的表面導(dǎo)電性，可以滿足電子器件的應(yīng)用要求。