CN109796223A - 金刚石中硅空位缺陷与gr1中性空位缺陷相互转化的方法 - Google Patents

金刚石中硅空位缺陷与gr1中性空位缺陷相互转化的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109796223A
CN109796223A CN201910062973.0A CN201910062973A CN109796223A CN 109796223 A CN109796223 A CN 109796223A CN 201910062973 A CN201910062973 A CN 201910062973A CN 109796223 A CN109796223 A CN 109796223A
Authority
CN
China
Prior art keywords
diamond
vacancy defect
neutrality
silicon
irradiation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910062973.0A
Other languages
English (en)
Inventor
王凯悦
丁森川
张宇飞
王宏兴
田玉明
武雅乔
力国民
周毅
郝建英
柴跃生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyuan University of Science and Technology
Original Assignee
Taiyuan University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyuan University of Science and Technology filed Critical Taiyuan University of Science and Technology
Priority to CN201910062973.0A priority Critical patent/CN109796223A/zh
Publication of CN109796223A publication Critical patent/CN109796223A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明涉及金刚石中硅空位缺陷与GR1中性空位缺陷相互转化的方法，属于半导体材料和金刚石后期处理技术领域，解决基于缺陷迁移及转化的技术问题，本方法包括以下步骤：S1、将金刚石切割后对金刚石样品进行预处理，制得表面清洁的金刚石样品留待后步使用；S2、将步骤S1预处理后的金刚石样品进行电子辐照，金刚石辐照后硅空位缺陷转化为GR1中性空位缺陷；S3、将步骤S2中的金刚石样品在加热炉中退火，金刚石经步骤S2产生的GR1中性空位缺陷转化为硅空位缺陷。本发明可以控制金刚石中硅空位缺陷和GR1中性空位缺陷浓度，为金刚石不同的宏观使用条件提供不同浓度的微观本征缺陷。

Description

金刚石中硅空位缺陷与GR1中性空位缺陷相互转化的方法
技术领域
本发明属于半导体材料和金刚石后期处理技术领域，特别涉及一种利用电子辐照和退火对金刚石进行处理来使金刚石中硅空位与GR1中性空位相互转化的方法。
背景技术
金刚石中的光学中心，如氮空位（NV）、硅空位（Si-V）、铬或镍相关中心，由于窄谱线、高光子发射率和光学状态具有较长的相干时间，因此可作为量子信息生成、存储和处理的候选中心。由于Si-V缺陷激发寿命短（~1ns），零声子跃迁强，线宽窄（~1.6nm），非均匀展宽小（0.015 nm），因此Si-V中心在738nm处具有很强的发光性和零声子线（ZPL）。这些特性可用于量子光学技术。研究了Si-V中心的光致发光特性，并将其作为单光子发射器在较低的注入范围。文献中有许多报道描述了Si-V中心的轨道和电子自旋相干特性，以及量子态相干控制技术，以便在量子信息处理中应用。
在化学气相沉积（CVD）过程中，采用高能离子注入和原位掺杂两种方法可以制备出硅掺杂金刚石。在电子辐照后，本征缺陷被引入硅掺杂金刚石中，退火会导致本征缺陷迁移。在一些对金刚石内在缺陷的处理中，很少有基于缺陷迁移及转化的方法。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，提供一种金刚石中硅空位缺陷与GR1中性空位缺陷相互转化的方法，利用电子辐照和退火对金刚石后期处理控制不同缺陷的浓度，使金刚石中硅空位与GR1中性空位相互转化。
本发明通过以下技术方案予以实现。
金刚石中硅空位缺陷与GR1中性空位缺陷相互转化的方法，包括以下步骤：
S1、将金刚石切割成尺寸为长2mm×宽2mm×厚1mm的样品，对金刚石样品进行预处理，所述预处理包括酸洗、切割、抛光和超声波清洗，超声波清洗时间为30~60min，制得表面清洁的金刚石样品留待后步使用；
S2、将步骤S1预处理后的金刚石样品进行电子辐照，辐照电压为150~300KeV，辐照剂量为1×1017~5×1020e·cm2，辐照直径为80-150μm，将辐照后的金刚石进行光致发光表征，金刚石辐照后硅空位缺陷转化为GR1中性空位缺陷；
S3、将步骤S2中的金刚石样品在加热炉中退火，所述退火温度为700-900℃，保温时间为30-60分钟，GR1中性空位缺陷浓度降低，硅空位缺陷浓度升高，金刚石经步骤S2产生的GR1中性空位缺陷转化为硅空位缺陷。
进一步地，所述步骤S1中金刚石样品为：由微波等离子辅助化学气象沉积合成的0.1毫米厚无色硅掺杂金刚石，氮浓度小于10ppm，硅浓度小于15ppm，还包括其它不可忽略杂质微量。
与现有技术相比本发明的有益效果为：
本发明提供的一种金刚石中硅空位缺陷与GR1中性空位缺陷相互转化的方法，可以控制金刚石中硅空位缺陷和GR1中性空位缺陷浓度，为金刚石不同的宏观使用条件提供不同浓度的微观本征缺陷。
附图说明
图1为金刚石在辐照前的光致发光点扫描图。
图2为实施例一电子辐照后的光致发光点扫描图。
图3为辐照后Si-V空位缺陷在辐照区域的强度分布图。
图4为辐照后GR1中性空位缺陷在辐照区域的强度分布图。
图5为800℃退火后Si-V空位缺陷在辐照区域深度方向的剖面图。
图6为800℃退火后GR1中性空位缺陷在辐照区域深度方向的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例一
本实施例一中选择的金刚石材料由西安交通大学提供，该金刚石样品由MPCVD合成的0.1毫米厚无色硅掺杂金刚石，氮浓度小于10ppm，硅浓度小于15ppm，还包括其它不可忽略杂质微量；
透射电子显微镜为日本电子株式会社JEM-2100，最大电压为200 KeV；加热炉型号为RT-1200，炉膛尺寸为4*6mm。
金刚石中硅空位缺陷与GR1中性空位缺陷相互转化的方法，包括以下步骤：
S1、将金刚石切割成尺寸为长2mm×宽2mm×厚1mm的样品，对金刚石样品进行预处理，所述预处理包括酸洗、切割、抛光和超声波清洗，超声波清洗时间为30~60min，制得表面清洁的金刚石样品留待后步使用；
S2、将步骤S1预处理后的金刚石样品在透射电镜JEM-2100中进行电子辐照，辐照剂量为1×1017 e·cm2，辐照电压是200KeV，辐照直径为80μm，将辐照后的金刚石进行光致发光表征，金刚石辐照后硅空位缺陷转化为GR1中性空位缺陷；
S3、将步骤S2中的金刚石样品在RT-1200加热炉中退火，所述退火温度为800℃，退火时以碳化硅作为垫片，保温时间为30分钟，GR1中性空位缺陷浓度降低，硅空位缺陷浓度升高，金刚石经步骤S2产生的GR1中性空位缺陷转化为硅空位缺陷。
实施例二
本实例二中选择的金刚石材料由西安交通大学提供，该金刚石样品由MPCVD合成的0.1毫米厚无色硅掺杂金刚石，氮浓度小于10ppm，硅浓度为小于15ppm，还包括其它不可忽略杂质微量；
透射电子显微镜为Philips EM430，最大电压为300 KeV；加热炉型号为LinkamTS1200，炉膛为尺寸为4*6mm。
金刚石中硅空位缺陷与GR1中性空位缺陷相互转化的方法，包括以下步骤：
S1、将金刚石切割成尺寸为长2mm×宽2mm×厚1mm的样品，对金刚石样品进行预处理，所述预处理包括酸洗、切割、抛光和超声波清洗，超声波清洗时间为30min，制得表面清洁的金刚石样品留待后步使用；
S2、将步骤S1预处理后的金刚石样品在透射电镜Philips EM430中进行电子辐照，辐照剂量为1×1017 e·cm2，辐照电压是250KeV，辐照直径为100μm，将辐照后的金刚石进行光致发光表征，金刚石辐照后硅空位缺陷转化为GR1中性空位缺陷；
S3、将步骤S2中的金刚石样品在RT-1200加热炉中退火，所述退火温度为900℃，退火时以碳化硅作为垫片，保温时间为30分钟，GR1中性空位缺陷浓度降低，硅空位缺陷浓度升高，金刚石经步骤S2产生的GR1中性空位缺陷转化为硅空位缺陷。
实施例三
本实例三中选择的金刚石材料由西安交通大学提供，该金刚石样品由MPCVD合成的0.1毫米厚无色硅掺杂金刚石，氮浓度小于10ppm，硅浓度小于15ppm，还包括其它不可忽略杂质微量；
透射电子显微镜为Philips EM430，最大电压为300 KeV；辐照剂量为5×1020 e·cm2；加热炉型号为RT-1200，炉膛为尺寸为4×6mm。
金刚石中硅空位缺陷与GR1中性空位缺陷相互转化的方法，包括以下步骤：
S1、将金刚石切割成尺寸为长2mm×宽2mm×厚1mm的样品，对金刚石样品进行预处理，所述预处理包括酸洗、切割、抛光和超声波清洗，超声波清洗时间为30min，制得表面清洁的金刚石样品留待后步使用；
S2、将步骤S1预处理后的金刚石样品在透射电镜Philips EM430中进行辐照，辐照剂量为5×1020 e·cm2，辐照电压是300KeV，辐照直径为120μm，将辐照后的金刚石进行光致发光表征，金刚石辐照后硅空位缺陷转化为GR1中性空位缺陷；
S3、将步骤S2中的金刚石样品在RT-1200加热炉中退火，所述退火温度为900℃，退火时以碳化硅作为垫片，保温时间为60分钟，GR1中性空位缺陷浓度降低，硅空位缺陷浓度升高，金刚石经步骤S2产生的GR1中性空位缺陷转化为硅空位缺陷。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.金刚石中硅空位缺陷与GR1中性空位缺陷相互转化的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、将金刚石切割成尺寸为长2mm×宽2mm×厚1mm的样品，对金刚石样品进行预处理，所述预处理包括酸洗、切割、抛光和超声波清洗，超声波清洗时间为30~60min，制得表面清洁的金刚石样品留待后步使用；
S2、将步骤S1预处理后的金刚石样品进行电子辐照，辐照电压为150~300KeV，辐照剂量为1×1017~5×1020e·cm2，辐照直径为80-150μm，将辐照后的金刚石进行光致发光表征，金刚石辐照后硅空位缺陷转化为GR1中性空位缺陷；
S3、将步骤S2中的金刚石样品在加热炉中退火，所述退火温度为700-900℃，保温时间为30-60分钟，GR1中性空位缺陷浓度降低，硅空位缺陷浓度升高，金刚石经步骤S2产生的GR1中性空位缺陷转化为硅空位缺陷。
2.根据权利要求1所述的金刚石中硅空位缺陷与GR1中性空位缺陷相互转化的方法，其特征在于：所述步骤S1中金刚石样品为：由微波等离子辅助化学气象沉积合成的0.1毫米厚无色硅掺杂金刚石，氮浓度小于10ppm，硅浓度小于15ppm，还包括其它不可忽略杂质微量。
CN201910062973.0A 2019-01-23 2019-01-23 金刚石中硅空位缺陷与gr1中性空位缺陷相互转化的方法 Pending CN109796223A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910062973.0A CN109796223A (zh) 2019-01-23 2019-01-23 金刚石中硅空位缺陷与gr1中性空位缺陷相互转化的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910062973.0A CN109796223A (zh) 2019-01-23 2019-01-23 金刚石中硅空位缺陷与gr1中性空位缺陷相互转化的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109796223A true CN109796223A (zh) 2019-05-24

Family

ID=66560077

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910062973.0A Pending CN109796223A (zh) 2019-01-23 2019-01-23 金刚石中硅空位缺陷与gr1中性空位缺陷相互转化的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109796223A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111344440A (zh) * 2017-09-18 2020-06-26 普林斯顿大学 具有自旋杂质的合成的人造金刚石材料及其制造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102939261A (zh) * 2010-06-03 2013-02-20 六号元素有限公司 金刚石工具
CN104870697A (zh) * 2012-12-13 2015-08-26 六号元素技术有限公司 用于量子和光学应用的合成金刚石材料及其制作方法
US20180080145A1 (en) * 2015-03-26 2018-03-22 Element Six (Uk) Limited Highly fluorescent diamond particles and methods of fabricating the same
CN109152998A (zh) * 2016-05-17 2019-01-04 六号元素(英国)有限公司 金刚石工具件

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102939261A (zh) * 2010-06-03 2013-02-20 六号元素有限公司 金刚石工具
CN104870697A (zh) * 2012-12-13 2015-08-26 六号元素技术有限公司 用于量子和光学应用的合成金刚石材料及其制作方法
US20180080145A1 (en) * 2015-03-26 2018-03-22 Element Six (Uk) Limited Highly fluorescent diamond particles and methods of fabricating the same
CN109152998A (zh) * 2016-05-17 2019-01-04 六号元素(英国)有限公司 金刚石工具件

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王凯悦等: "金刚石中GR1中心的光致发光特性研究", 《物理学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111344440A (zh) * 2017-09-18 2020-06-26 普林斯顿大学 具有自旋杂质的合成的人造金刚石材料及其制造方法
CN111344440B (zh) * 2017-09-18 2022-05-27 普林斯顿大学理事会 具有自旋杂质的合成的人造金刚石材料及其制造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6486008B1 (en) Manufacturing method of a thin film on a substrate
US8216361B2 (en) Monocrystalline semiconductor wafer comprising defect-reduced regions and method for producing it
TWI595561B (zh) Method of manufacturing hybrid substrate and hybrid substrate
CN101803002B (zh) 通过层转移制造结构的方法
KR20090018848A (ko) 방사 어닐링을 이용하여 제조되는 반도체-온-인슐레이터 구조
Doi et al. Novel chemical mechanical polishing/plasma-chemical vaporization machining (CMP/P-CVM) combined processing of hard-to-process crystals based on innovative concepts
CN109796223A (zh) 金刚石中硅空位缺陷与gr1中性空位缺陷相互转化的方法
JP2009283754A (ja) 半導体装置の製造方法
JPS62188239A (ja) 電気的に隔離されたデバイスの製造方法
JP6160616B2 (ja) Ｓｏｓ基板の製造方法及びｓｏｓ基板
JP2018160641A (ja) レーザアニール方法及びレーザアニール装置
CN110835741A (zh) 一种通过离子注入制备金刚石氮镍复合色心的方法
JP5650653B2 (ja) 有向性の剥離を利用する、半導体・オン・インシュレータ構造を生産するための方法および装置
TW201145360A (en) Semiconductor structure made using improved ion implantation process
Ayedh et al. Carbon vacancy control in p+-n silicon carbide diodes for high voltage bipolar applications
CN113066714B (zh) 膜层及其形成方法
JP6597493B2 (ja) ｐｎ接合シリコンウェーハの製造方法
JP2012507870A5 (zh)
JP6913729B2 (ja) ｐｎ接合シリコンウェーハ
Kalish Doping diamond by ion-implantation
JP2021082828A (ja) 基板の表面の金属汚染物を減少させるための方法
CN110574141B (zh) 贴合晶圆的制造方法
CN109813700A (zh) 一种金刚石本征缺陷扩散表征方法
Schulze et al. Fabrication of IGBTs using 300 mm magnetic Czochralski substrates
JP2018101745A (ja) ｐｎ接合シリコンウェーハの製造方法およびｐｎ接合シリコンウェーハ

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190524

RJ01 Rejection of invention patent application after publication