[发明专利]一种n－ZnO/p－自支撑金刚石薄膜异质结的制备方法

摘要

本发明涉及一种n－ZnO/p－自支撑金刚石薄膜异质结的制备方法，该方法主要步骤：硅衬底预处理后放入微波等离子体化学气相沉积装置的反应室内作为沉积衬底；在甲烷与氢气的混合反应气体中进行金刚石薄膜成核、生长，然后用HNO₃与HF的混合溶液浸泡腐蚀掉硅衬底形成自支撑金刚石薄膜；自支撑金刚石薄膜p型化处理；用磁控溅射仪及高纯ZnO陶瓷溅射靶材，在氩气气氛中溅射，即得n－ZnO/p－自支撑金刚石薄膜异质结。本发明不需抛光处理就可以直接进行ZnO/金刚石异质结的生长，简化了制作工艺，降低了成本，有利于促进ZnO/金刚石异质结器件的大规模应用。

主权项

1.一种n-ZnO/p-自支撑金刚石薄膜异质结的制备方法，其特征在于该工艺具有以下的过程和步骤：1)硅衬底预处理：对(100)镜面抛光硅片，采用HF酸超声清洗5～15分钟，以去除表面的氧化硅层，用100nm粒径的金刚石粉末对硅片机械研磨10～15分钟，再在混有100nm金刚石粉末的丙酮溶液中超声清洗10～20分钟，然后将硅片用去离子水和丙酮分别超声清洗，直至硅片表面洁净，烘干后放入微波等离子体化学气相沉积装置的反应室内作为沉积衬底；2)金刚石薄膜成核过程：先用真空泵对反应室抽真空至5～7Pa，然后用分子泵对反应室抽真空至10-2Pa以下，通入甲烷与氢气的混合反应气体，调节甲烷和氢气的流量分别为40～60标准毫升/分和120～160标准毫升/分；反应室的气压设定为0.5～1kPa，衬底偏压设定为50～150V，衬底温度控制在620～680℃，微波功率设定为1200～1600W，薄膜成核时间0.5～1小时；3)金刚石薄膜生长过程：成核完成后，调节甲烷和氢气的流量分别为40～60标准毫升/分和150～200标准毫升/分；反应室的气压设定为4～5kPa，衬底温度控制在700～750℃，微波功率设定为1600～2000W，薄膜生长时间60～100小时；4)自支撑金刚石薄膜制备过程：将生长好的金刚石薄膜放入HNO3与HF摩尔比为1∶3的混合溶液中浸泡6～8小时，硅衬底被完全腐蚀掉后即可获得成核面非常光滑的自支撑金刚石薄膜；5)自支撑金刚石薄膜p型化处理过程：将自支撑金刚石薄膜放入微波等离子体化学气相沉积装置的反应室内，薄膜光滑的成核面朝上，用真空泵对反应室抽真空至5～7Pa，然后用分子泵对反应室抽真空至10-2Pa以下，通入氢气，调节氢气的流量为120～160标准毫升/分；反应室的气压设定为2～3kPa，微波功率设定为1200～1600W，处理时间1～3小时；6)异质结的制备过程：将p型自支撑金刚石薄膜放入磁控溅射仪的样品台上，溅射靶材为高纯ZnO陶瓷靶；先用真空泵对溅射室抽真空至5Pa以下，然后用分子泵对反应室抽真空至10-2Pa以下，通入氩气，调节流量为30～60标准毫升/分，调节反应气压为0.2～0.5Pa，溅射功率100～500W，溅射时间0.5～2小时。