[发明专利]电子束蒸镀工艺制备外延单晶金刚石用Ir(111)复合衬底的方法

说明书

电子束蒸镀工艺制备外延单晶金刚石用Ir(111)复合衬底的方法，本发明为了解决现有技术中难以在α‑Al₂O₃上获得(111)晶面Ir外延层的技术问题，制备方法：一、对α‑Al₂O₃(0001)进行超声清洗；二、将α‑Al₂O₃(0001)固定在样品托中，Ir颗粒靶材置于石墨坩埚里；三、腔体抽真空；四、样品升温至一定温度；五、打开电子枪高压及靶材挡板，在样品表面沉积Ir外延层；六、沉积结束后关闭靶材挡板和电子枪高压；七、退火处理。本发明采用电子束蒸镀法制备(111)面Ir外延层的方法，制备的Ir外延层与α‑Al₂O₃之间热膨胀系数差异更小，结晶质量更优，结合力更强。

技术领域

本发明属于异质外延单晶金刚石制备领域，具体涉及一种采用电子束蒸镀工艺制备异质外延单晶金刚石用Ir(111)/α-Al₂O₃(0001)复合衬底的方法。

背景技术

相比多晶金刚石，单晶金刚石集电学、光学、力学、声学和热学等优异特性于一体，在高温、高效、超大功率毫米波电子器件，电力电子器件，生物传感器，光电探测与成像，粒子探测与成像，航空航天等系统方面有着极其重要的应用前景，被业界誉为“终极半导体”。目前要使单晶金刚石得以广泛应用，必须解决两大关键科学技术问题，即大尺寸单晶金刚石的高质量生长和单晶金刚石的N型有效掺杂。

金刚石(001)晶面由于是密排面，是最适合用于生产高质量外延金刚石薄膜的，缺陷密度低，生长质量优，异质外延单晶金刚石目前都是在该晶面获得的。(111)晶面是最适合进行N型和P型掺杂的晶面，且具有择优取向分布的NV色心，能与纤锌矿结构半导体形成异质结，但是生长质量缺陷密度高，容易形成孪晶。如何在生长高质量单晶金刚石的同时并且实现N型有效掺杂，已经成为了该领域的研究热点。目前已经有研究者在Ir(111)衬底上获得了无孪晶的高质量金刚石，因此在(111)晶面单晶异质衬底上进行金刚石异质外延生长是解决该问题的一个有效方法，而制备Ir(111)单晶异质衬底是上述工作的基础。

发明内容

本发明的目的是为了现有技术中难以在蓝宝石上获得(111)取向的Ir外延层的技术问题，而提供一种电子束蒸镀工艺制备异质外延单晶金刚石用Ir(111)复合衬底的方法。

本发明电子束蒸镀工艺制备外延单晶金刚石用Ir(111)/α-Al₂O₃(0001)复合衬底的方法按照以下步骤实现：

一、将α-Al₂O₃(0001)基底依次在去离子水、无水乙醇和丙酮里进行超声清洗，得到清洗后的α-Al₂O₃(0001)单晶基底；

二、将清洗后的α-Al₂O₃(0001)基底固定在样品托的凹槽中，然后放入具有加热装置(旋转基片加热台)的电子束蒸发设备腔体里，把Ir颗粒靶材置于石墨坩埚里；

三、依次启动电子束蒸发设备的机械泵和分子泵，使腔体的真空度为8.0×10^-5～6.0×10^-4Pa，启动加热装置，样品托开始升温；

四、升温使样品托中的α-Al₂O₃(0001)基底温度达到400～1000℃，稳定温度5～10min，然后打开电子枪电源，控制电子枪的灯丝电流为0.4～1.0A，得到表面温度均匀的α-Al₂O₃(0001)基底；