Способ получения монокристаллических алмазных эпитаксиальных пленок большой площади


 


Владельцы патента RU 2577355:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при разработке технологии алмазных электронных приборов увеличенной площади. Способ включает закрепление на подложке монокристаллических алмазных пластин с ориентацией поверхности (100) и последующее нанесение на пластины эпитаксиального алмазного слоя, при этом перед закреплением на подложке на каждой монокристаллической алмазной пластине предварительно сполировывают края, создавая усеченную четырехгранную пирамиду с верхней плоскостью, ориентированной по кристаллографической плоскости (100), и с четырьмя боковыми гранями, ориентированными по плоскостям типа {311}, каждую усеченную пирамиду соединяют с подложкой таким образом, чтобы усеченные пирамиды соприкасались друг с другом своими боковыми гранями, а затем наносят на усеченные пирамиды алмазный эпитаксиальный слой. В качестве подложки, к которой крепятся монокристаллические алмазные пластины, применяют карбид кремния. Монокристаллические алмазные пластины соединяют с подложкой при помощи припоя на основе металлов титана и меди. Способ позволяет повысить площадь монокристаллической эпитаксиальной алмазной пленки, выращиваемой на монокристаллических подложках алмаза. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к способу получения монокристаллических алмазных пленок большой площади, эпитаксиально выращиваемых на алмазных монокристаллических подложках, закрепленных на подложках из другого материала. На таких пленках можно развивать технологию создания мощных алмазных СВЧ- транзисторов, для формирования которых обычная площадь эпитаксиальной пленки, выращенной на алмазных кристаллах площадью 3×3 мм2 или 5×5 мм2, является недостаточной.

Известны способы выращивания алмаза на алмазную подложку, которые могут быть использованы для увеличения размеров алмаза с целью применения его для различных технических нужд. Например, известен способ эпитаксиального выращивания алмаза, включающий осаждение углерода на затравочный кристалл алмаза в вакууме, отличающийся тем, что предварительно на затравочный кристалл наносят слой металла-катализатора, а в качестве исходного углерода используют сажу (Авторское свидетельство СССР N 444448, кл. С01В 31/06, 1981). Однако при этом способе увеличивается площадь кристалла на толщину, не превышающую толщину слоя, выращиваемого на грани затравочного кристалла.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ изготовления монокристаллических алмазных пленок, эпитаксиально выращиваемых на монокристаллических алмазных подложках, закрепленных на подложках из поликристаллического алмаза. (Способ получения пластины комбинированного поликристаллического и монокристаллического алмаза (патент РФ №2489532)).

Указанное изобретение относится к технологии химического осаждения из газовой фазы алмазных пленок и может быть использовано, например, для получения алмазных подложек, в которых монокристаллический и поликристаллический алмаз образует единую пластину, используемую в технологии создания электронных приборов на алмазе или применяемую в рентгеновских монохроматорах, где необходимо осуществить теплоотвод от монокристаллического алмаза. Получение пластин монокристаллического и поликристаллического алмаза большой площади включает в себя расположение, не соприкасаясь друг с другом, монокристаллов-затравок с ориентацией поверхности (100) на подложкодержателе, создание центров нуклеации на поверхности подложкодержателя, свободной от монокристаллов-затравок, одновременное осаждение CVD методом эпитаксиального слоя на поверхности монокристаллов-затравок и поликристаллической алмазной пленки на остальной поверхности подложкодержателя. В результате химического осаждения из газовой фазы алмаза происходит сращивание монокристаллического и поликристаллического алмаза по боковой поверхности монокристаллов-затравок с образованием алмазной пластины большой площади, содержащей сращенные вместе монокристаллический и поликристаллический алмаз. Изобретение обеспечивает получение пластин монокристаллического и поликристаллического CVD алмаза большой площади (диаметром более 75 мм и толщиной 200-300 мкм), имеющих общую гладкую внешнюю поверхность. Однако на каждом монокристаллическом образце алмаза выращивается эпитаксиальная пленка такой же площади, как и площадь поверхности монокристаллического алмаза, и увеличения площади алмазной пленки на каждом монокристаллическом образце алмаза не происходит.

Техническим результатом изобретения является повышение площади монокристаллической эпитаксиальной алмазной пленки, выращиваемой на монокристаллических пластинах алмаза.

Достижение указанного результата обеспечивается тем, что в способе получения монокристаллических алмазных эпитаксиальных пленок большой площади, включающем закрепление на подложке монокристаллических алмазных пластин с ориентацией поверхности (100) и последующее нанесение на пластины эпитаксиального алмазного слоя, перед закреплением на подложке на каждой монокристаллической алмазной пластине предварительно сполировывают края, создавая усеченную четырехгранную пирамиду с верхней плоскостью, ориентированной по кристаллографической плоскости (100), и с четырьмя боковыми гранями, ориентированными по плоскостям типа {311}, каждую усеченную пирамиду соединяют с подложкой таким образом, чтобы усеченные пирамиды соприкасались друг с другом своими боковыми гранями, а затем наносят на усеченные пирамиды алмазный эпитаксиальный слой.

В качестве подложки, к которой крепятся усеченные алмазные пирамиды, можно использовать карбид кремния и соединять пирамиды с подложкой при помощи припоя на основе металлов титана и меди.

На фиг. 1 показаны операции, иллюстрирующие способ получения монокристаллических алмазных эпитаксиальных пленок большой площади. На подложке (1) закрепляются алмазные пластины (2).

Перед нанесением эпитаксиальной пленки на монокристаллической алмазной пластине (2) с ориентацией плоскости (100) и краями с ориентацией {110} на каждой стороне пластины сполировываются фаски под углом 25.2° к плоскости (100). Эти фаски лежат в плоскостях типа {311}.

Монокристаллические алмазные пластины (2) с верхней плоскостью, ориентированной по (100), и боковыми сторонами, ориентированными по кристаллографическим плоскостям типа {110} с фасками по плоскостям {311}, закрепляются на подложке (1) и соединяются с ней при помощи припоя (4) таким образом, что боковые стороны пластин прижимаются друг к другу. Затем на пластины по технологии парофазного химического осаждения, описанной, например, в патенте РФ №2489532, наносится эпитаксиальная пленка (5). Эпитаксиальная пленка растет в виде монокристаллической пленки на плоскости (100) и на фасках {311}, тогда как на подложке и на боковых неполированных сторонах алмазной пленки с ориентацией {110} растет поликристаллический материал (на фиг. 1 не показан). В месте примыкания пластин происходит сращивание эпитаксиальных пленок (3) и на пластинках образуется единый монокристаллический эпитаксиальный слой.

При соединении 3-х пластин (как показано на фиг. 1) можно получить эпитаксиальную пленку общей площадью 27 мм2, если использовать монокристаллические пластины алмаза площадью 3×3 мм2, и 75 мм2, если использовать монокристаллические пластины алмаза площадью 5×5 мм2. Способ допускает соединение любого количества пластин.

В качестве подложки (1) можно использовать карбид кремния, к которым монокристаллические пластины алмаза можно присоединять при помощи припоя (4) - сплава на основе меди и титана. Удовлетворительное присоединение получают, в частности, при массовой доле титана в сплаве 5-10%.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать монокристаллические алмазные эпитаксиальные пленки большой площади.

1. Способ получения монокристаллических алмазных эпитаксиальных пленок большой площади, включающий закрепление на подложке монокристаллических алмазных пластин с ориентацией поверхности (100) и последующее нанесение на пластины эпитаксиального алмазного слоя, отличающийся тем, что перед закреплением на подложке на каждой монокристаллической алмазной пластине предварительно сполировывают края, создавая усеченную четырехгранную пирамиду с верхней плоскостью, ориентированной по кристаллографической плоскости (100), и с четырьмя боковыми гранями, ориентированными по плоскостям типа {311}, каждую усеченную пирамиду соединяют с подложкой таким образом, чтобы усеченные пирамиды соприкасались друг с другом своими боковыми гранями, а затем наносят на усеченные пирамиды алмазный эпитаксиальный слой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве подложки, к которой крепятся монокристаллические алмазные пластины, применяют карбид кремния.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что монокристаллические алмазные пластины соединяют с подложкой при помощи припоя на основе металлов титана и меди.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к текстурированной подложке для выращивания на ней эпитаксиальной пленки оксидного сверхпроводящего материала для использования в различных типах электросилового оборудования.

Изобретение относится к производству монокристаллического алмазного материала химическим осаждением из газовой фазы (CVD), который используется в оптических, механических, люминесцентных и/или электронных устройствах.

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, чувствительным к инфракрасному излучению, и может быть использовано при производстве охлаждаемых одноэлементных, линейных и матричных приемников излучения с фоточувствительными элементами - планарными фотодиодами на антимониде индия (InSb).

Изобретение относится к изготовлению сапфировых подложек и к технологии их чистовой обработки. .

Изобретение относится к способу изготовления оптических приборов, в частности полупроводниковых оптоэлектронных приборов, таких как лазерные диоды, оптические модуляторы, оптические усилители, оптические коммутаторы и оптические детекторы.

Изобретение относится к производству полупроводниковых слитков и пластин, в частности кристаллов кремния с циклической двойниковой структурой. .

Изобретение относится к области изготовления оптического элемента путем соединения нескольких кристаллов гранатов. Такие композитные оптические элементы широко применяются в лазерах и других оптических устройствах.

Изобретение относится к технологии химического осаждения из газовой фазы алмазных пленок и может быть использовано, например, для получения алмазных подложек, в которых монокристаллический и поликристаллический алмаз образует единую пластину, используемую в технологии создания электронных приборов на алмазе или применяемую в рентгеновских монохроматорах, где необходимо осуществить теплоотвод от монокристаллического алмаза.
Изобретение относится к области изготовления деталей для оптических, акустоэлектронных и лазерных устройств, где в качестве активных и пассивных материалов используются тугоплавкие оксиды, преимущественно, двух-, трех- и четырехвалентных металлов, как в форме простых оксидов, так и сложных соединений.

Изобретение относится к диффузионной сварке кристаллов и может быть применено при сращивании и облагораживании различных кристаллов для радиоэлектронной промышленности, в ювелирном деле, в оптике и других отраслях.
Изобретение относится к области получения монокристаллов со структурой силленита и элементов из них больших размеров, в частности монокристаллов: Bi12SiO20 (BSO); Bi12GeO20 (BGO); Bi12TiO20 (ВТО).

Изобретение относится к нанотехнологиям материалов. Способ получения кристаллических алмазных частиц включает пропитку порошка наноалмазов, полученных детонационным синтезом, предельным ациклическим углеводородом или одноосновным спиртом в концентрации от 22 мас.

Изобретение относится к получению искусственного алмаза, который может быть использован в тяжелой промышленности. Перед загрузкой в пресс фуллерен С60 выдерживают в течение 30 минут в потоке водорода, затем помещают в контейнер из пирофиллита один или вместе с поли[гидридо(Н)карбином] в соотношении 1:1, а затем нагружают квазигидростатическим давлением 3-5 ГПа при температуре 973-1173 К.

Изобретение относится к технологии получения монокристаллического, полученного химическим осаждением из газовой фазы (ХОГФ), синтетического алмазного материала, который может быть использован в качестве квантовых датчиков, оптических фильтров, частей инструментов для механической обработки и исходного материала для формирования окрашенных драгоценных камней.

Изобретение относится к нанотехнологиям и может быть использовано в области разработки материалов на основе алмаза для магнитометрии, квантовой оптики, биомедицины, а также в информационных технологиях, основанных на квантовых свойствах спинов и одиночных фотонов.

Изобретение относится к технологии получения алмазов. Искусственные алмазы получают из графита на подложке в присутствии электродов путем расположения графита на подложке, являющейся электродом с отрицательным зарядом, расположенной в кварцевой пробирке, и при нагреве до 1000°C при атмосферном давлении в радиационной печи.

Изобретение относится к технологии получения алмазов для ювелирных целей. Способ включает помещение подложки, имеющей алмазное зерно с предварительно заданным размером и предварительно заданной оптической ориентацией, в камеру для осуществления химического парофазного осаждения (CVD), подачу в камеру водорода, углеводородного газа, содержащего углерод, газа, содержащего азот, и газа, содержащего диборан, оба из которых приспособлены для ускорения скорости роста алмаза на подложке, приложение электрического поля для образования плазмы близ подложки, приводя тем самым к поэтапному росту алмаза на подложке, завершение процесса CVD в камере, огранку и удаление нежелательного углерода из выращенного алмаза, очистку и огранку алмаза, отжигаемого при предварительно заданной температуре в течение заданного периода времени, проведение окончательной огранки алмаза, полировки и придания цвета.
Наверх