(100)掺杂金刚石与沉积 SiO$_2$ 基片的疏水直接键合
材料科学
2025-01-23 v1
摘要
金刚石已成为固态自旋量子系统和极端环境电子器件的领先材料。然而，其主要局限是大多数金刚石器件和结构采用批量金刚石板制造，缺乏合适的金刚石上绝缘体(DOI)基片，阻碍了金刚石量子和电子器件的高级纳米制造，构成大规模集成金刚石量子光子和电子系统的重大障碍。本文演示了在低温和大气条件下，将(100)单晶金刚石板直接键合至 PECVD 生长的 SiO/Si 基片。随后，对 SiO 和金刚石板表面分别进行氧气等离子体和磷酸喷涂处理。当基片在水中接触并在大气条件下进行200℃烘结时，发生键合，形成 DOI 基片。我们系统研究了磷酸处理时间和金刚石表面粗糙度对键合基片剪切强度的影响，设计出实现90%高产率和最高9.6 MPa剪切强度的最优键合工艺。X射线光电子能谱(XPS)用于对键合界面化学成分进行定量分析。结果显示，随着金刚石初始粗糙度的增加，-OH 键的数量增加，促进了与 SiO 的强键合。这种直接键合方法将为金刚石纳米光子器件的可扩展制造铺路，并实现金刚石量子和电子系统的大规模集成。
引用
@article{arxiv.2501.12831,
title = {Hydrophilic direct bonding of (100) diamond and deposited SiO$_2$ substrates},
author = {Tianyin Chen and Jeffrel Hermias and Salahuddin Nur and Ryoichi Ishihara},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.12831},
year = {2025}
}