[发明专利]一种过渡族金属元素与氮共掺杂生长金刚石的方法

摘要

一种过渡族金属元素与氮共掺杂生长金刚石的方法，属于金刚石化学气相沉积技术领域。利用双频射频等离子体化学气相沉积设备进行制备，高频射频源频率范围为10MHz～30MHz，低频射频源频率范围为1MHz～8MHz，高频射频源与低频射频源的频率比为3.39。在气体供给中加入氨气或氮气，将过渡金属粉末或线材置于石墨坩埚中，反应气体为氩气，氢气，甲烷和氨气或氮气，在沉积过程中，通入氨气或氮气，并利用运动机构将坩埚移动到等离子体束流附近，过渡族金属元素原子挥发进入等离子体中，并与其中的氮元素混合，运送到衬底，实现共掺杂金刚石的生长。

主权项

1.一种过渡族金属元素与氮共掺杂生长金刚石的方法，在双频射频等离子体化学气相沉积设备中进行，其特征在于，工艺步骤及控制的技术参数为：高频射频源频率范围为10MHz～30MHz，低频射频源频率范围为1MHz～8MHz，高频射频源与低频射频源的频率比为3.39。反应气体为氩气，氢气，甲烷和氨气或氮气，流量分别为2～5slm，1～3slm，10～600sccm，0.1～10sccm；气体经过等离子体发生器被激发成等离子体射流，吹入真空腔室；石墨坩埚位于等离子体射流的路径上，利用绝缘支架固定，通过步进电机实现上下移动；石墨坩埚直径10mm，厚度为20mm，深度为5mm；等离子体喷口距离石墨坩埚1～2cm，距离衬底3～5cm；将质量为0.01～1g过渡族金属的粉末或者线材放置于石墨坩埚中，所述渡族金属为镍、钼或铬；需要掺杂时，向等离子体中通入氨气或氮气，并通过步进电机将坩埚上升到等离子体射流附近，通过等离子体的加热和流场特性，过渡族金属元素原子挥发进入等离子体，并与其中的氮元素混合，到达衬底，实现金刚石的共掺杂生长；衬底使用单晶硅片或者单晶金刚石片；沉积腔背底真空为0.01～10Pa，沉积压强在5000～10000Pa之间，衬底温度为600～1200℃。