[发明专利]一种自支撑金刚石衬底异质结构及制备方法

说明书

本发明属于一种可逆半导体到金属(SMT)一级转变涂层的制造技术领域，特别涉及一种自支撑金刚石衬底异质结构及制备方法，在自支撑金刚石衬底依次制备AZO透明导电薄膜、p‑GaN材料层、VO₂材料层、AZO透明导电薄膜和TiN抗腐蚀保护层。本发明一种具有产业化潜力的VO₂/p‑GaN异质结构结合金刚石材料及其制备技术。制备工艺简单，可实现规模生产。

技术领域

本发明属于一种可逆半导体到金属(SMT)一级转变涂层的制造技术领域，特别涉及一种自支撑金刚石衬底异质结构及制备方法。

背景技术

二氧化钒(VO₂)在341K的临界温度(Tc)下发生温度驱动的可逆半导体到金属(SMT)一级转变，并伴随着晶体对称性的改变。在低于Tc的温度下，VO₂处于单斜晶相(P21/c)的半导体态，其中V原子对的能量间隙为0.6eV。在高于Tc的温度下，VO₂处于四方晶系(P42/mnm)金属态，其中在费米能级和V3d带之间的重叠消除了上述带隙。这种晶体对称性和电子带结构的跃迁通常伴随着其电阻率和近红外传输的突然变化。因此，VO₂长期以来被认为是智能材料中的关键材料，凭借这些独特的性能，VO₂薄膜已被广泛研究。众所周知，衬底的选择对所生长的薄膜的电学和光学性质有重要的影响。由于其宽带隙(3.39eV)和一些其他优异的性能，氮化镓(GaN)可能是自硅后，新一代重要的半导体材料。特别地，由于其具有更高的可靠性，更长的寿命和更低的功率消耗的优点，目前基于GaN的光电子和微电子器件已经取代了Si和GaAs材料的一些常规应用。将VO₂用于制备异质结构器件将可能为固态电子学和光子电子学中的新颖器件结构开辟新的机会。也对新兴的基于光子腔的器件和有源材料表现出巨大的潜力。

发明内容

为了解决大功率器件制备技术上的不足，本发明在于提供一种自支撑金刚石衬底异质结构及制备方法。

本发明是这样实现的，

一种自支撑金刚石衬底异质结构，从上到下依次包括TiN抗腐蚀保护层、AZO透明导电薄膜、VO₂材料层、p-GaN材料层、AZO透明导电薄膜层、自支撑金刚石衬底。

一种自支撑金刚石衬底异质结构的制备方法，在自支撑金刚石衬底依次制备AZO透明导电薄膜、p-GaN材料层、VO₂材料层、AZO透明导电薄膜和TiN抗腐蚀保护层。

进一步地，AZO透明导电薄膜的制备包括：将自支撑金刚石衬底先用离子水超声波清洗10分钟后，吹干送入磁控溅射反应室，在1.0×10^-3Pa真空的条件下，在其自支撑金刚石衬底沉积制备AZO透明导电电极。其工艺参数条件是：氩气和氧气作为混合气体反应源，其氩气和氧气流量比4:1-10:1，反应溅射氧化锌掺杂铝靶材的纯度为99.9％，制备温度为200℃～400℃，制备时间为60～100分钟。

进一步地，在AZO透明导电薄膜制备p-GaN材料层包括：采用等离子体增强有机物化学气相沉积系统制备P型GaN材料，将真空抽至1.0×10^-4Pa真空的条件下，三甲基镓和氮气作为反应源，掺杂二茂镁来实现GaN材料P型掺杂，其中TMGa流量为1.0～1.5sccm，Cp₂Mg流量为0.5～1.0sccm，氮气流量为100～150sccm，沉积温度为400℃～600℃，沉积时间为180min。

进一步地，在p-GaN材料层制备VO₂材料层包括：在磁控溅射系统沉积制备VO₂，在1.0×10^-3Pa真空的条件下，制备VO₂材料层，其工艺参数条件是：氩气和氧气作为混合气体反应源，其氩气和氧气流量比3:1～8:1，反应溅射二氧化钒靶材的纯度为99.9％，制备温度为100℃～300℃，制备时间为200～300分钟。