[发明专利]电导体

说明书

本发明涉及电流动路径、导体、电子元件和电子装置。

申请人已经示出利用氧等离子体的对金刚石的低能量离子植入在非常接近金刚石表面和在金刚石表面下方可产生高密度的电子施主位点，从而通过金刚石表面和阳极之间的电场可从金刚石中提取电子(PCT/IB02/03482)。在图1中示意性地示出了实验装置。申请人发现，在临界电压以上，形成将金刚石表面连接至阳极的黑棒，并且均衡电流随后流动通过所述电路。在不受理论束缚的情况下，申请人相信，当垂直地从金刚石表面提取电子时，在整个表面形成由在所述表面紧下方的正施主电荷和被这些正电荷紧密结合到所述表面的电子组成的偶极子层。通过由阳极施加电压，偶极子层的宽度增长直至外部结合的电子与阳极接触为止。这释放了形成偶极子的负层的被紧密束缚的外部电子：电子流随后可以从金刚石垂直于金刚石的表面流动通过外部结合的电子而进入阳极。

在不束缚于理论的情况下，但是基于固态电子界面的物理模型，申请人相信即使该棒从金刚石向阳极传递电流也不存在沿着该棒的电场。由于这是Kamerlingh-Onnes在1911针对超导作用发现的定义行为，因此显示出该棒处于超导相。

按照这种方式形成的所述相的可能电子应用目前受到限制。如果可以在例如电子芯片上产生横向流、低电阻区域，则可以是优选的。因此，本发明的目的是产生一种低电阻电流动路径，其中外部电子可沿着诸如掺氧的金刚石这样的基底的表面自由运动。理想地，所述区域应该为超导的，但即使它们仅具有相对于现在使用的连接材料而言低得多的电阻，它们的产生也将对包含这种掺杂的基底的电子芯片的速度和尺寸造成显著影响。

在关于金刚石的科学文献中，熟知的是，金刚石基底的低能量氧离子处理完全抑制了沿着这种金刚石的表面的所有横向导电。仅当使用氢时才观察到横向导电，但这在金刚石的表面下方发生。实际上，如果这种经氢处理的金刚石接着受到氧离子处理，则甚至这种导电也被抑制并因此消失。然后，所述表面变为沿着横向方向绝缘。

申请人现在发现，通过将(在所述表面下方和接近所述表面)植入的氧离子的密度增至非常高的值，同时在后处理期间将金刚石退火以防止金刚石表面变成石墨，然后，与在科学文献中报道的相反，确实最后引发启动横向导电。因此显示出在这些离子密度下氧等离子体处理不再抑制横向导电，而是实际上造成导电发生。后续的实验显示了，这种横向导电在金刚石的表面上且在金刚石的外部发生。这意味着结合到所述表面的电子中的一些(在这种方式下，形成隔着表面的偶极子层)变得自由，以在所述表面上且在金刚石的外部横向地传输电流。这样，在表面的外部产生了极低的电阻和并且因此极低的电阻率的纯电子导电相。可以在新型电子装置的设计和制造中采用这种相。这些相的电阻率比通常用于在电子芯片上进行连接的已知金属和材料的电阻率低得多。

接着，发现了当使用氮离子甚至氢离子时也可产生相同的导电，前提是，在后一种情况下，首先通过低能量碳离子植入来预处理金刚石的次表面，以产生高密度的点阵空位。针对后一个目的，也可使用任何其它离子(以及甚至电子)，前提是具有空位的层形成在所述表面附近和表面下方。在后续的氢等离子体处理之后，获得的导电不再是次表面的，而是在这种情况下，还通过可横向和且在金刚石外部运动的自由电子发生。看起来，存在次表面空位对于在表面上产生外部横向导电来说是关键。

因此，根据本发明的第一方面，提供了一种电流动路径，其至少一部分通过基底材料的主体形成，所述基底材料的主体的至少一部分是具有表面和位于所述表面或所述表面下方的植入的原子的掺杂部，至少一部分所述表面限定了电流动路径的低电阻部分。

根据本发明的另一方面，提供了横向电流动路径，其由位于n型基底材料的表面外部的电子电荷组成，并且与位于表面上的通常的外部电子轨道相比，所述位于n型基底材料的表面外部的电子电荷在沿着基底材料的表面施加的电场的影响下自由运动，所述电荷由所述基底内在所述基底的表面和接近所述表面的高密度的施主缺陷产生。

所述电流动路径可以是电路的一部分，该电路可以包括电压源。基底材料的主体可以形成电子元件的一部分，并且所述电路和所述电子元件可以形成电子装置的一部分。

电子元件可通过连接器连接至流动路径。电流动路径的低电阻部分的电阻率可小于约2×10^-8Ω-m，并可小于约5×10^-13Ω-m。