用于下一代功率器件的金刚石表面水蒸气退火技术

钻石因其耀眼的美感而备受追捧，通常以精美的珠宝展示。但是，这种固体碳也因其出色的物理和电子特性而闻名。

在日本，金泽大学自然科学与技术研究生院的研究人员和筑波的AIST之间的合作，由Ryo Yoshida领导，使用水蒸气退火形成原子级平坦的羟基封端的金刚石表面。

Diamond具有许多特性，使其在电子电源设备中的应用具有吸引力。然而，在肉眼看来完美的情况下，钻石含有在原子水平上可观察到的缺陷，这些缺陷会产生影响其如何应用于设备的独特表面特性。

为了稳定金刚石结构，使用使用氧气或氢气的表面终止。氢封端(H端接)金刚石表面包含二维空穴气层(2DHG)，可实现高温和高压操作。氧封端的金刚石表面是通过H端接表面的表面氧化形成的，它可以去除碳氢(CH)键和2DHG，“但这会使金刚石表面变得粗糙并导致器件性能下降，”Norio Tokuda说。金泽大学。

为了克服这个问题，研究人员应用了水蒸气退火工艺。它们始于(111)取向的高压，高温合成单晶金刚石Ib和IIa基板。通过微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)在Ib衬底上生长同质外延金刚石膜。为了获得原子级平坦的H端接表面，将金刚石样品暴露于MPCVD室中的H-等离子体。为了形成羟基封端的表面，对H-封端的金刚石样品进行水蒸气退火。退火处理在氮气鼓泡通过电炉中的石英管中的超纯水的气氛下进行。

结果表明，在400℃以下的水蒸气退火过程中CH键仍留在金刚石表面; 因此，检测到2DHG。

“然而，在500°C以上的水蒸气退火从金刚石表面去除了CH键，”Yoshida解释说，“表明2DHG的消失。”

因此，结果表明水蒸气退火可以去除2DHG，同时保持(111)取向的金刚石表面的表面形态。

“与去除2DHG的常规技术相比，例如湿化学氧化，”Tokuda说，“水蒸汽退火提供了保持原子级平坦表面的优势。”