Vanddampudglødningsteknik på diamantoverflader til næste generations strømenheder

Diamanter vises ofte i udsøgte smykker. Men denne solide form for kulstof er også kendt for sine enestående fysiske og elektroniske egenskaber. I Japan, et samarbejde mellem forskere ved Kanazawa University's Graduate School of Natural Science and Technology og AIST i Tsukuba, ledet af Ryo Yoshida, har brugt vanddampglødning til at danne hydroxylterminerede diamantoverflader, der er atomisk flade.

Diamant har mange egenskaber, der gør den attraktiv til anvendelse i elektroniske enheder. Imidlertid, diamant indeholder defekter, der er observerbare på atomniveau, som skaber unikke overfladeegenskaber, der påvirker, hvordan den kan anvendes i sådanne enheder.

Overfladeterminering ved hjælp af oxygen eller brint stabiliserer diamantstrukturen. Hydrogenterminerede (H-terminerede) diamantoverflader indeholder todimensionelle hulgaslag (2DHG), der tillader højtemperatur- og højspændingsdrift. Oxygenterminerede diamantoverflader dannes ved overfladeoxidation af H-terminerede overflader, som fjerner carbon-hydrogen (C-H) bindinger og 2DHG, "men dette gør diamantoverfladen ru og fører til forringelse af enhedernes ydeevne, " siger Norio Tokuda fra Kanazawa University.

For at overvinde dette, forskerne anvendte vanddampglødningen. De begyndte med (1 1 1)-orienteret højtryk, højtemperatur syntetiske enkeltkrystallinske diamant Ib og IIa substrater. Homoepitaxiale diamantfilm blev dyrket på Ib-substraterne via mikrobølgeplasmakemisk dampaflejring (MPCVD). For at opnå atomisk flade H-terminerede overflader, diamantprøverne blev udsat for H-plasma i MPCVD-kammeret. For at danne hydroxylterminerede overflader, de H-terminerede diamantprøver blev udsat for vanddampudglødning. Udglødningsbehandlingen fandt sted under en atmosfære af nitrogen boblet gennem ultrarent vand i et kvartsrør i en elektrisk ovn.

Resultaterne indikerede, at CH-bindinger forblev på diamantoverfladen under vanddampudglødning under 400°C; derfor, 2DHG blev detekteret. "Imidlertid, vanddampglødning over 500°C fjernede CH-bindinger fra diamantoverfladen, " forklarer Yoshida, "indikerende forsvinden af ​​2DHG."

Dermed, resultaterne indikerer, at vanddampglødning kan fjerne 2DHG, mens overflademorfologien af ​​(1 1 1)-orienterede diamantoverflader opretholdes. "Sammenlignet med konventionelle teknikker til at fjerne 2DHG, såsom våd kemisk oxidation, " siger Tokuda, "vanddampglødning giver fordelen ved at opretholde en atomisk flad overflade."