СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ АЛМАЗНЫХ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ ПЛЕНОК БОЛЬШОЙ ПЛОЩАДИ
PRODUCTION OF SINGLE-CRYSTAL DIAMOND EPITAXIAL LARGE AREA FILMS

2
2
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 мм или 5×5 мм, 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.
2
2
2
2
При соединении 3-х пластин (как показано на фиг. 1) можно получить эпитаксиальную пленку общей площадью 27 мм, если использовать монокристаллические пластины алмаза площадью 3×3 мм, и 75 мм, если использовать монокристаллические пластины алмаза площадью 5×5 мм. 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.