Concepts and mechanisms of dislocation density reduction in heteroepitaxial diamond

异质外延金刚石位错密度降低的概念和机制

基本信息

项目摘要

Heteroepitaxial diamond can be grown by chemical vapor deposition (CVD) on Ir/YSZ/Si in wafer size. Under appropriate process conditions, the initial dislocation density of > 10^10 cm^-2 drops to values of ~ 7×10^6 cm^-2 at thicknesses of 2 - 3 mm. For a successful application of the material in the fields of high power electronics, quantum sensing or optics a further reduction is desirable. In the present project we will explore several alternative concepts like epitaxial lateral overgrowth (ELO) using different mask materials, geometries, as well as mask-less approaches or the recently published Metal Assisted Termination (MAT) method in order to evaluate their efficiency and the underlying mechanisms of dislocation density reduction. Pseudosubstrates with defect densities of ~10^7 cm^-2 synthesized by heteroepitaxy will be applied to deposit masks, form structures or grow MAT layers before they are overgrown in a microwave plasma CVD process. Besides the simple but highly accurate etch pit counting method, characterization will include high resolution x-ray diffraction, Raman-, photoluminescence- and cathodoluminescence spectroscopy as well as transmission electron microscopy. Defect-reduced samples will be supplied to partners at accelerator facilities for the preparation of particle and radiation detectors and the analysis of their properties.
采用化学气相沉积(CVD)方法在Ir/YSZ/Si衬底上生长出了圆片尺寸的异质外延金刚石。在适当的工艺条件下,初始位错密度> 10^10 cm^-2,在厚度为2 ~ 3 mm时降至约7×10^6 cm^-2。为了使该材料成功应用于高功率电子学、量子传感或光学领域,需要进一步降低位错密度。在本项目中,我们将探索几种替代概念,如使用不同掩模材料,几何形状以及无掩模方法或最近发表的金属辅助终止(MAT)方法的外延横向过生长(ELO),以评估其效率和位错密度降低的潜在机制。通过异质外延合成的缺陷密度约为10^7 cm^-2的伪衬底将用于存款掩模、形成结构或在微波等离子体CVD工艺中过度生长MAT层之前生长MAT层。除了简单但高度准确的蚀坑计数方法,表征将包括高分辨率X射线衍射,拉曼,光致发光和阴极发光光谱以及透射电子显微镜。缺陷减少的样品将提供给加速器设施的合作伙伴,用于制备粒子和辐射探测器并分析其性能。

项目成果

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