[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

TWI584357B - 電切換裝置與於鑽石基板中嵌入催化材料之方法 - Google Patents

電切換裝置與於鑽石基板中嵌入催化材料之方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI584357B
TWI584357B TW103105832A TW103105832A TWI584357B TW I584357 B TWI584357 B TW I584357B TW 103105832 A TW103105832 A TW 103105832A TW 103105832 A TW103105832 A TW 103105832A TW I584357 B TWI584357 B TW I584357B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
substrate
diamond
catalytic material
electrode
catalytic
Prior art date
Application number
TW103105832A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201423852A (zh
Inventor
蓋瑞斯安德魯 泰勒
Original Assignee
伊溫斯科技公司
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 伊溫斯科技公司 filed Critical 伊溫斯科技公司
Publication of TW201423852A publication Critical patent/TW201423852A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI584357B publication Critical patent/TWI584357B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/80—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
    • H10D62/83—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group IV materials, e.g. B-doped Si or undoped Ge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/0405—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising semiconducting carbon, e.g. diamond, diamond-like carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/0405—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising semiconducting carbon, e.g. diamond, diamond-like carbon
    • H01L21/0425—Making electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D12/00—Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/01—Manufacture or treatment
    • H10D12/021—Manufacture or treatment of gated diodes, e.g. field-controlled diodes [FCD]
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D12/00—Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/211—Gated diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
    • H10D48/01—Manufacture or treatment
    • H10D48/031—Manufacture or treatment of three-or-more electrode devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/80—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
    • H10D62/83—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group IV materials, e.g. B-doped Si or undoped Ge
    • H10D62/8303—Diamond
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/20—Electrodes characterised by their shapes, relative sizes or dispositions 
    • H10D64/23—Electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. sources, drains, anodes or cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D8/00—Diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D8/00—Diodes
    • H10D8/01—Manufacture or treatment
    • H10D8/051—Manufacture or treatment of Schottky diodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Description

電切換裝置與於鑽石基板中嵌入催化材料之方法
本發明係關於電切換及放大裝置，特別係關於但不限於使用在高功率應用的電切換裝置。本發明亦關於在鑽石基板中嵌入催化材料之方法。
如同熟習本項技術者所熟知，當使用矽作為用於高功率及極端環境下的切換及放大應用的基本電子材料時，會有諸多限制。舉例來說，矽為人所知者係具有約8kV的反向崩潰電壓，這是基於導通狀態損失與可使用切換速度的可接受程度而言。這意味著，為了要在多種終端使用之應用上達到重要的電壓及/或電流位準，需要配備複數個分離的裝置(其為串聯或並聯組合)，其交互地需要其他的電子元件以確保裝置之間的負荷保持平衡，因此可能具有操作之複雜性。
鑽石對這個問題提供了可能的解決方法，這是因為其熱性質、介電性質及載體遷移性質一般皆較任何其他的電子材料高過許多所致。由鑽石所構成 的裝置因此可藉由減少亟待實現此應用之分離裝置的數量而能提供可顯著減少複雜性的可能。
在大部分的半導體裝置中，電子功能係藉由透過選擇性地引入外來元素至結晶結構(亦稱為摻雜物)以改變基本材料的電子性質而達成。在鑽石的例子中，摻雜物的選擇會被晶格的相對小尺寸所限制，其結果是會對鑽石結晶結構產生最少干擾的二種摻雜物為硼(p-型)與氮(n-型)。當摻雜硼的鑽石為一相當有效的p-型半導體時，還未發現有效的n-型摻雜物。問題在於，二種摻雜種類係為分別具有0.7eV與4.5eV活化能量的深層施體，其可導致對於加熱以協助電荷載體之釋放藉以有效實現裝置操作的需求增加。
然而，加熱的過程亦會導致載體遷移值與電場崩潰力量的減少，因此而危害鑽石之所以適合於高功率切換之製作的二種關鍵性質。這是因為以這種方式製作的該等裝置不會利用鑽石身為一種電子材料的固有物理性質。
已存的裝置總是可在0ff-狀態中阻擋的電壓與可在導通狀態中通過的電流做取捨。更進一步為了要在非鑽石材料中得到最高的電壓與功率，裝置中通常需要一種雙極性結構。由於實際上增加接面尺寸以增加裝置的切換電壓，因此，必須中和以關閉裝置的電荷量也會增加，其會交互地危害裝置的切換頻率。
本發明的較佳實施例係藉由使用一種雙極 性結構，使得鑽石的全材料潛能能夠使用於功率裝置，藉以克服前述技術的上述缺點。本發明使用關於鑽石的數種已知現象。亦即：彈道電子可利用極少的損耗而行經本質性鑽石中的數百微米；已摻雜的鑽石可被用來控制由單種電漿所造成的空間電荷集結；以及電子可直接從被嵌入一鑽石基板的一尖銳導電突部而被射入鑽石。本發明因此欲使用被嵌入鑽石基板的操控電子發射器結構，其交互地將僅在存在一適合直流偏壓的情況下才能導電，並且欲使用鑽石的電子傳送性質以實現材料的導電性。
根據本發明一觀點，其提供一種電切換裝置，包括：一基板，包括至少一鑽石層；至少一第一電極，與該基板相接觸，其中至少一該第一電極包括至少一延伸進該基板的導電突部；及至少一第二電極，與該基板相接觸且與該第一電極或各該第一電極相間隔。
這所提供的優點為，藉由適當的導電突部的設置，會在鑽石材料內產生電場增強電子發射。如此可交互地讓裝置相較傳統含有鑽石的電切換裝置於較低的溫度下操作，並且讓裝置具有較佳的(傳導性)導通狀態與關閉狀態阻斷性能。
該基板可包括在鄰接至少一該突部的至少一末端處包括鑽石材料，鑽石材料包括第一雜質，用 以改質鄰接該末端之該鑽石材料之電特性。
這所提供的優點為，可減少在導電突部與該鑽石層之間的位能障礙，其可交互地減少啟動該裝置所需的電能。
該第一雜質係用以提供具n型電特性之該材料。
這所提供的優點為，可引入自由電子，以增強該裝置在其導通狀態下的導電性。
該基板在鄰接至少一該第二電極處包括鑽石材料，該鑽石材料包括第二雜質，用以改質鄰接該第二電極之該鑽石材料之電特性。
這所提供的優點為，可減少在該基板材料內所形成之空間電荷集結的影響，其將限制該裝置之導通狀態下的電流量。
該第二雜質提供該鑽石材料以p型電特性。
該裝置更包括至少一第三電極，其係配置於該基板中，且與該第一電極或各該第一電極相間隔、以及與該第二電極或各該第二電極相間隔。
這所提供的優點為，可在該等突部的附近形成電場，因此在導通狀態之該電流由施加一適當電壓偏壓至該第三電極所控制。
至少一個該第三電極可定義出鄰接至少一個該突部的至少一個別孔洞。
這所提供的優點為，可更進一步地控制在 該等突部附近的電場。
至少一個該第三電極係配置於一層本質鑽石材料中。
這所提供的優點為，可減少由該第三電極到該第一或電二電極的漏電流，其可交互地改善該裝置的性能。
至少一個該第三電極包括非鑽石碳，其係使用一佈植技術經由該鑽石材料之選擇性區域的轉換而形成。
這所提供的優點為，藉由最小化對於所埋入金屬層的需要，可以簡化該裝置的製造。
至少一個該第三電極包括鑽石材料，其包含雜質，用以增加該材料的電導電率。
這所提供的優點為，藉由使用半導體鑽石的高遷移性質以避免必須石墨化鑽石，且可利用單向磊晶以取代佈植。
該裝置更包括複數個分離的該第二電極。
這所提供的優點為，可構成裝置，藉由施加一適當偏壓電壓信號至該第三電極，可控制在複數個第二電極之間的電流，因此而達成放大效果。
根據本發明另一觀點，提供一種對包括至少一層鑽石材料之基板加以改質的方法，該方法包括：將至少一催化材料沉積於該基板之鑽石材料的至少預定區域上； 使與該催化材料的至少一部分相接觸的該鑽石材料的至少一部分被轉換為非鑽石碳；及使該催化材料的至少一部分穿透該基板。
這所提供的優點為，可在基板上產生小直徑的長孔。此可交互地使得待製造的電切換裝置具有高深寬比的導電突部，此可交互地製造出高性能的裝置。
該方法更包括：使在該鑽石材料之該預定區域上的該催化材料形成多個催化材料的分離區域。
這所提供的優點為，可以一高度地局部化方式使該催化材料在該基板上被圖案化。
使至少一該催化材料形成複數個分離區域的步驟包括：在包含至少一還原成份之至少一電漿放電存在的情況下加熱該材料。
可使藉由加熱而將與該催化材料的至少一部分相接觸的該鑽石材料的至少一部分轉變成非鑽石碳。
該方法更包括：於沉積該催化材料於該基板之至少一部分表面上之前，改質該基板之至少一部分表面，以減少該催化材料對該基板的反應性。
這提供的優點為，可使得該催化材料與該鑽石基板的反應被控制，其可交互地改善製程。
該方法更包括：形成至少一個非鑽石碳區域，損害該基板之表面上的鑽石材料。
這所提供的優點為，可利用協助該催化材 料與該基板之反應的局部化，其可交互地改善製程的精確度。
藉由微影製程而圖案化至少一種該催化材料。
藉由加熱該基板至足夠開始鑽石的催化分解的溫度及施加適當的均勻偏壓磁場及/或電場，使得至少部分的該催化材料穿透該基板。
這所提供的優點為，可以確保催化作用，並且可以經由該催化材料與外部電及/或磁場的交互作用而給予該催化材料方向性運動。
藉由至少一電漿放電而使至少部分該催化材料滲透該基板。
這所提供的優點為，藉由施加一適當dc偏壓至該電漿放電，可以將電荷給予該催化材料，以確保與外加電場及/或磁場的交互作用，引導該催化材料滲透該基板內。
該方法更包括：藉由使用已為人知可與非鑽石碳產生反應的氣體種類的至少一電漿放電而移除非鑽石碳，其中該等氣體種類可選擇地被用作基本電漿而將電荷給予該催化材料。
這所提供的優點為，可減少生產步驟的數量。
該方法更包括：使用諸如一射頻或微波頻率供應的一交流電源而調制至少一種該電漿放電。
這所提供的優點為，可減少對該鑽石材料 的離子撞擊損害，但將增進非鑽石碳的反應式移除。
根據本發明另一觀點，提供一種製造一電切換裝置的方法，該方法包括：藉由如上述所定義之方法，於基板內形成至少一個孔洞；形成與該基板相接觸的至少一個第一電極；及形成與該基板相接觸且與該第一電極或各該第一電極相間隔的至少一個第二電極。
藉由參照以下所附圖式，本發明多個較佳的實施例將予以詳細說明，這些圖式僅作為範例，並非作為限定用。
2‧‧‧基板
3‧‧‧遮罩
4‧‧‧電極
5‧‧‧電極
7‧‧‧電源供應
8‧‧‧催化金屬/催化材料
12‧‧‧電漿放電
13‧‧‧電漿放電
14‧‧‧鑽石層
20‧‧‧孔洞/長孔
22‧‧‧電源供應
24‧‧‧基板
30‧‧‧電切換裝置
31‧‧‧圖案
32‧‧‧微形射極結構
34‧‧‧陰極
36‧‧‧平面電極
38‧‧‧直流電源供應
41‧‧‧電極
51‧‧‧電極
61‧‧‧交流
81‧‧‧分離區域
82‧‧‧催化粒子
114‧‧‧鑽石層
124‧‧‧基板
126‧‧‧本質鑽石層
127‧‧‧孔洞
130‧‧‧電切換裝置
132‧‧‧射極
134‧‧‧下電極
136‧‧‧上電極
138‧‧‧直流電源供應
140‧‧‧閘電極
214‧‧‧鑽石層
224‧‧‧基板
226‧‧‧鑽石層
230‧‧‧電切換裝置
232‧‧‧射極頂端
234‧‧‧下電極
236‧‧‧上電極
238‧‧‧直流電源供應
240‧‧‧閘
246‧‧‧鑽石層
314‧‧‧鑽石層
324‧‧‧基板
326‧‧‧鑽石層
330‧‧‧電切換裝置
332‧‧‧射極
334‧‧‧下電極
340‧‧‧閘電極
346‧‧‧鑽石層
350‧‧‧金屬電極
352‧‧‧金屬電極
354‧‧‧絕緣層
414‧‧‧鑽石層
424‧‧‧基板
426‧‧‧鑽石層
432‧‧‧射極電極
434‧‧‧下電極
440‧‧‧閘極電極
450‧‧‧金屬電極
452‧‧‧金屬電極
454‧‧‧絕緣層
第1A至1I圖顯示體現本發明之製造方法的步驟；第2圖為本發明第一實施例之電切換裝置的剖面圖；第3A圖為對應第2圖之本發明第二實施例之裝置的圖示；第3B圖為第3A圖之裝置的控制電極的平面圖；第4圖為對應第2圖之本發明第三實施例之裝置的圖示；第5圖為對應第2圖之本發明第四實施例之裝置的圖示；及第6圖為對應第2圖之本發明第五實施例之裝置的圖示，該裝置包含第三與第四實施例的特徵。
請參閱第1A圖，一鑽石基板2被拋光至高平坦度，且使用熟習該項技術者所熟知的技術予以處理以在基板2上形成氧化、氫化、鹵化或羥基化支持表面。這個過程可包含一高頻輝光放電(未顯示)。接著，藉由蒸鍍或濺鍍製程將一催化金屬8以一均勻層的方式沉積於基板2的經處理表面上達2至50nm的厚度，該催化金屬8可例如為鐵、鈷、鎳或鉑；接著沉積以適當材料構成的遮罩3於催化金屬8上。請參閱第1B圖，遮罩3可藉一微影製程選擇性地加以移除以留下所需的圖案31，及曝露催化金屬8的剩餘區域。
接著，藉由一化學蝕刻製程移除未被遮罩3所覆蓋的催化金屬8，以提供催化金屬之分離區域81，如第1C圖所示。
此外，可選擇性的將第1A圖至第1C圖之步驟顛倒，使得在沉積催化金屬8以獲得分離區域81之前，遮罩3是被直接沉積於基板2上，並藉微影製程以獲得所需的圖案。
接著移除剩餘的遮罩31，如第1D圖所示。同時，如第1E圖所示，在真空環境下或是在電極4與5之間利用撞擊所產生的ac調變電漿放電12(包含一富含氫的氣體，諸如壓力為1~10mbar的阿摩尼亞)，而在500℃或更高溫度下退火被覆蓋之基板2。這可使得催化金屬的分離區域81形成高度局部化的 粒子或球體82，如第1F圖所示。
請參閱第1G圖，當完成退火製程時，將基板2加熱至600℃或更高的溫度，及同時藉由施加至電極41的DC電源供應7而施加具有400V或以上之偏壓電壓的均勻電場，使其相對於位在基板2之相反表面上的一電極51形成正偏壓。在此情況下，催化粒子82可使得與其等相接觸之基板2的鑽石被轉換成非鑽石碳，諸如石墨或是非結晶碳。
藉由在壓力為1~10mbar引入諸如阿摩尼亞等的一富含氫的氣體，將可在電極41與基板2之間撞擊產生電漿放電13。電漿放電13可使得催化粒子82因為其小尺寸而獲得一電荷，並且DC供應7的偏壓電壓可使得催化粒子82在朝向電極51的方向上移動，亦即，進入基板2並留下非鑽石碳的軌跡。藉由確定跨於電極41與51之間的電漿放電之電壓降超過400V，非鑽石碳的軌跡(未顯示)將會是圓柱形並且根據場方向而定向。藉由引入額外氣體的放電13可以進一步地增進這個作用的功效(該額外氣體係為熟習本項技術者所熟知且可優先與非鑽石碳產生反應)，並藉此而蝕刻由催化粒子82之作用所產生的非鑽石碳以產生小直徑的孔洞(長孔)20者。另外，也可引入一射頻頻率電源供應22以改質該放電13，此舉可進一步增進蝕刻催化粒子82上方的石墨之製程，以藉由放電13而移除該石墨。當產生了所需深度的孔洞20時，便可冷卻基板2，因此而停止催化粒 子82的催化作用，並且形成第1H圖所示的改質後之基板24。
接著藉由一適當的酸來清洗改質後之基板24，而從孔洞20的基底移除催化粒子82，然後更可選擇性地藉由諸如熔融硝酸鈉等化合物對其進行處理以移除任何殘餘非結晶碳或石墨碳。接著，在基板24的非蝕刻表面上成長另一層鑽石14，以達到所需電及/或機械特性，如第1I圖所示。
現在請參閱第2圖，使用一如第1I圖所示之本質或摻雜氮的鑽石基板24而形成二極體型電切換裝置30。在基板24中的孔洞20內填入一適當導電金屬，以形成與一主要陰極34相接觸的一金屬微形射極結構32。替代方案為，在各步驟中可於孔洞20內沉積一種以上的金屬，以便使金屬/鑽石界面在本質上具有歐姆性、或是藉此減少金屬與鑽石之間的工作函數，特別是孔洞20的附近。在沉積這些金屬之前，可利用氧氣及/或氫氣高頻放電(未顯示)對孔洞20與基板24預處理，以助益於進一步減少在金屬32與基板24之間的潛在阻擋。設置另一平面電極36於鑽石基板24的相反平面上，該平面電極36與射極32的端點係被本質或低硼摻雜均相磊晶之鑽石或其他摻雜物之層14相隔離，藉以將電子受體位置引入層14內。當施加一電壓於電極34、36之間，使得上電極36的電位大於下電極34的電位、並且使得電壓具有足夠大小之時，可以使得射極32之端點的局部電場 足夠讓電子發射進入鑽石層24與之後的層14，在電極34、36之間產生導電。另一方面，如果電源供應38的偏壓相反而使得下電極34的電位大於上電極36的電位，電子的發射便會大幅減少，這是因為平面電子發射電極36的表面曲率遠小於射極32的末端端點上的曲率所致。
本發明第二實施例的裝置130顯示於第3A圖中，其中與第2圖的實施例相同的元件係標示相同的符號，但增加了符號100。在第2圖顯示的二極體裝置30的順向與反向偏壓特性，主要由絕緣層14的厚度而決定。由於維持電子發射所需的電場之尺寸會造成跨越第2圖之裝置的大電壓降的產生，因此這會限制該裝置作為整流器時的性能。然而，在第3A圖的實施例係藉由利用建立在一閘電極140與射極132之間的電場控制電子的發射使其進入基板124而減輕了這個問題。閘電極140的製作方法為，首先在第1I圖的階段中於基板124上成長額外的本質鑽石中間層126，對基板124施加遮罩佈植製程，如以使用高能量離子束對該鑽石層的子表面進行處理，藉以在成長額外的鑽石層114之前於鑽石中產生一導電層。如第3B圖所示，將該導電層圖案化，成各孔洞127圍繞於各射極132之頂端(其排列如圖中的十字所示)藉此在各射極132之頂端的上方產生一大概均勻環狀電場。上電極136與下電極134之間的電流一般將與施加在閘電極140及射極132之間的電壓成比例。
本發明第三實施例的裝置230顯示於第4圖中，其中與第3A圖與第3B圖的實施例相同的元件係標示相同的符號，但增加了符號100。在第1I圖所示的階段中，於所處理鑽石層226上成長或佈植一重氮摻雜或其他n型摻雜之層246，如第二實施例所述。接著於n型層246頂面上成長最後一層本質或p型鑽石層214。n型層246的目的在於擴散來自點源(其係由射極232的頂端所形成)的電子發射，如此，最佳地使用了可用的大量鑽石。當該裝置反向偏壓時，n型層246亦協助篩選射極頂端232與閘極240。
本發明第四實施例的裝置330顯示於第5圖中，其中與第4圖的實施例相同的元件係標示相同的符號，但增加了符號100。第4圖的上電極236由兩個分離的金屬電極350、352所取代，且選擇性地成長或沉積另一絕緣層354於基板324上以部分地或完全地覆蓋住電極350、352與電極之間的空間。如果單獨施加電壓於電極350、352之間，便沒有電流。然而，如果施加獨立的偏壓於閘電極340與射極332，藉此將電子射入額外的鑽石層314，電極350、352之間的傳導便會因為電子從射極332發射出來所產生的載子之可利用性而形成。在電極之間電流的大小係取決於射入鑽石層314之電子的數量，其一般係與施加在閘電極340與下電極334之間的偏壓成比例。
本發明另一實施例顯示於第6圖中，其包含了本發明第三與第四實施例的特徵，其中與第4、5 圖的實施例相同的元件係標示相同的符號，但增加了符號100。裝置430包括一n型層346與p型層414，其類似於第4圖的配置。n型層346的存在可協助維持電子射入鑽石層414時的均勻密度，並可阻擋進入射電極432與閘電極440的漏電流。
本案得由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。舉例來說，本發明的基板24的使用目的並不限於用來作為切換電切換裝置，其也可用來作為細網格過濾器或是光學波導。
14‧‧‧鑽石層
24‧‧‧基板
32‧‧‧微形射極結構
34‧‧‧陰極
36‧‧‧平面電極
38‧‧‧直流電源供應

Claims (12)

  1. 一種用以對具有至少一層鑽石材料之基板加以改質的方法，該方法包括：沉積至少一催化材料於該基板之鑽石材料的至少多個預定區域上；使得與該催化材料的至少一部分相接觸的該鑽石材料的至少一部分轉化成非鑽石碳；及藉使該催化材料的至少一部分穿透該基板而在該基板中形成複數個長孔。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中更包括使在該鑽石材料之該等預定區域上的該催化材料形成催化材料的複數分離區域。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中使該至少一催化材料形成複數分離區域的步驟包括：在包含有至少一還原成份之至少一電漿放電存在的情況下加熱該材料。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中藉由加熱將與該至少一部分催化材料相接觸的該至少一部分鑽石材料轉換成非鑽石碳。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中更包括在將該催化材料沉積於該基板的至少一部分表面上之前，對該基板的該至少一部分表面加以改質，以減少該催化材料對該基板的反應性。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中更包括形成至少一個非鑽石碳區域，損害在該基板之表面上的鑽石材 料。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中藉由一微影製程而圖案化該至少一催化材料。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中藉由在直流偏壓磁場及/或電場存在的情況下加熱該基板而使得該催化材料的至少一部分穿透該基板。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中藉由至少一電漿放電而使得該催化材料的至少一部分穿透該基板。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中更包括藉由至少一電漿放電來移除非鑽石碳。
  11. 如申請專利範圍第9項之方法，其中更包括調制該至少一放電。
  12. 一種製造一電裝置的方法，該方法包含：藉由如申請專利範圍第1至11項中任一項所述之方法以形成至少一孔洞在基板內；利用一導電性材料充填該至少一孔洞；形成與該基板及經充填之孔洞相接觸的至少一第一電極；及形成至少一第二電極，該第二電極與該基板相接觸且與該第一電極或各第一電極相間隔。
TW103105832A 2006-06-13 2007-06-05 電切換裝置與於鑽石基板中嵌入催化材料之方法 TWI584357B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB0611594.3A GB0611594D0 (en) 2006-06-13 2006-06-13 Electrical switching device and method of embedding catalytic material in a diamond substrate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201423852A TW201423852A (zh) 2014-06-16
TWI584357B true TWI584357B (zh) 2017-05-21

Family

ID=36745732

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103105832A TWI584357B (zh) 2006-06-13 2007-06-05 電切換裝置與於鑽石基板中嵌入催化材料之方法
TW096120093A TWI466180B (zh) 2006-06-13 2007-06-05 電切換裝置與於鑽石基板中嵌入觸媒材料之方法

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW096120093A TWI466180B (zh) 2006-06-13 2007-06-05 電切換裝置與於鑽石基板中嵌入觸媒材料之方法

Country Status (8)

Country Link
US (2) US7781257B2 (zh)
EP (2) EP2605282B1 (zh)
JP (1) JP5315236B2 (zh)
KR (1) KR101371001B1 (zh)
CN (2) CN101467260B (zh)
GB (1) GB0611594D0 (zh)
TW (2) TWI584357B (zh)
WO (1) WO2007144560A1 (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0611594D0 (en) 2006-06-13 2006-07-19 Taylor Gareth A Electrical switching device and method of embedding catalytic material in a diamond substrate
TWI513836B (zh) * 2013-12-27 2015-12-21 Stone & Resource Industry R&D Ct A manufacturing method of a building material including a metal film, and a building material including a metal coating
US9441940B2 (en) 2015-01-21 2016-09-13 Uchicago Argonne, Llc Piezoresistive boron doped diamond nanowire
US9484474B1 (en) 2015-07-02 2016-11-01 Uchicago Argonne, Llc Ultrananocrystalline diamond contacts for electronic devices
US9741561B2 (en) 2015-07-10 2017-08-22 Uchicago Argonne, Llc Transparent nanocrystalline diamond coatings and devices
EP3379580A1 (en) 2017-03-22 2018-09-26 Evince Technology Ltd Diamond semiconductor device
CN107287654A (zh) * 2017-07-14 2017-10-24 中国电子科技集团公司第四十六研究所 一种cvd法合成单晶金刚石降低位错密度的方法
EP3435400A1 (en) * 2017-07-28 2019-01-30 Evince Technology Ltd Device for controlling electron flow and method for manufacturing said device
EP3988689A1 (en) 2020-10-22 2022-04-27 Evince Technology Limited Method of etching crystalline material

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6501145B1 (en) * 1997-06-03 2002-12-31 Daimlerchrysler Ag Semiconductor component and method for producing the same

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0722203B2 (ja) * 1984-05-07 1995-03-08 富士通株式会社 接合型電界トランジスタ及びその製造方法
JPS62151769U (zh) * 1986-03-18 1987-09-26
JP2667477B2 (ja) * 1988-12-02 1997-10-27 株式会社東芝 ショットキーバリアダイオード
US5262669A (en) * 1991-04-19 1993-11-16 Shindengen Electric Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor rectifier having high breakdown voltage and high speed operation
US6097046A (en) * 1993-04-30 2000-08-01 Texas Instruments Incorporated Vertical field effect transistor and diode
US5371383A (en) * 1993-05-14 1994-12-06 Kobe Steel Usa Inc. Highly oriented diamond film field-effect transistor
DE19530525A1 (de) * 1995-08-19 1997-02-20 Daimler Benz Ag Schaltkreis mit monolithisch integrierter PIN-/Schottky-Diodenanordnung
US6104062A (en) * 1998-06-30 2000-08-15 Intersil Corporation Semiconductor device having reduced effective substrate resistivity and associated methods
RU2212079C1 (ru) * 1999-08-30 2003-09-10 Инститьют Оф Байофизикс Чайниз Академи Оф Сайенсиз Пластинчатый диод
DE10127950B4 (de) * 2001-06-08 2007-04-12 Infineon Technologies Ag Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements und Halbleiterbauelement
JP2004342763A (ja) * 2003-05-14 2004-12-02 Sumitomo Electric Ind Ltd 整流素子
KR20060122868A (ko) * 2003-11-25 2006-11-30 스미토모덴키고교가부시키가이샤 다이아몬드 ｎ형 반도체, 그의 제조 방법, 반도체 소자 및전자 방출 소자
EP1702366A1 (fr) * 2003-12-05 2006-09-20 STMicroelectronics S.A. Composant semiconducteur actif a surface reduite
GB0611594D0 (en) 2006-06-13 2006-07-19 Taylor Gareth A Electrical switching device and method of embedding catalytic material in a diamond substrate

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6501145B1 (en) * 1997-06-03 2002-12-31 Daimlerchrysler Ag Semiconductor component and method for producing the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
福澤康, 毛利尚武, 谷貴幸, "絶縁性セラミックス材料の放電加工法", 精密工学会誌, 2005, Vol. 71, No. 5, P 541-544. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101467260B (zh) 2012-06-20
CN102856358A (zh) 2013-01-02
US20100308342A1 (en) 2010-12-09
KR101371001B1 (ko) 2014-03-10
TWI466180B (zh) 2014-12-21
US20090184328A1 (en) 2009-07-23
EP2605282A2 (en) 2013-06-19
EP2027603B1 (en) 2014-07-09
WO2007144560A1 (en) 2007-12-21
JP5315236B2 (ja) 2013-10-16
US7781257B2 (en) 2010-08-24
EP2605282A3 (en) 2013-08-14
JP2009540591A (ja) 2009-11-19
CN102856358B (zh) 2016-01-20
US7872265B2 (en) 2011-01-18
GB0611594D0 (en) 2006-07-19
TW201423852A (zh) 2014-06-16
CN101467260A (zh) 2009-06-24
TW200816290A (en) 2008-04-01
EP2027603A1 (en) 2009-02-25
KR20090028521A (ko) 2009-03-18
EP2605282B1 (en) 2017-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI584357B (zh) 電切換裝置與於鑽石基板中嵌入催化材料之方法
US8460994B2 (en) Bipolar semiconductor device and manufacturing method thereof
EP1670016B1 (en) Electron emitter
WO2002043157A1 (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JP2014027166A (ja) グラフェントランジスタの製造方法
DE69027960T2 (de) Elektronen emittierendes Element und Verfahren zur Herstellung desselben
US7867882B2 (en) Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device
US6008502A (en) Diamond electron emitting device having an insulative electron supply layer
JP3264483B2 (ja) 電子放出素子及びその製造方法
KR20020003782A (ko) 탄소나노튜브의 제작 방법
JPWO2008023821A1 (ja) 半導体とその製造方法
KR20190129047A (ko) 다이아몬드 반도체 장치
JP3635956B2 (ja) 炭化けい素ショットキーバリアダイオードの製造方法
JP7145200B2 (ja) 電子流を制御するデバイス及び該デバイスを製造する方法
CN113488560A (zh) 一种全光控SiC高压器件及其制造方法
CN113054041A (zh) 用于光导开关的衬底及其制作方法、光导开关
JP2000260300A (ja) 電子放出素子及びその製造方法
JP2765982B2 (ja) 半導体電子放出素子およびその製造方法
JPH0553305B2 (zh)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees