電導(dǎo)體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了包括電流動路徑的電路和電子裝置，該電流動路徑的至少一部分由基底材料的主體形成，所述基底材料的主體的至少一部分是摻雜部，所述摻雜部具有表面和位于所述表面處或所述表面以下的植入的原子，所述表面的至少一部分限定了電流動路徑的低電阻部分。
【專利說明】電導(dǎo)體
[0001 ] 本發(fā)明涉及電流動路徑、導(dǎo)體、電子元件和電子裝置。
[0002] 申請人:已經(jīng)示出利用氧等離子體的對金剛石的低能量離子植入在非常接近金剛石表面和在金剛石表面下方可產(chǎn)生高密度的電子施主位點(diǎn)，從而通過金剛石表面和陽極之間的電場可從金剛石中提取電子(PCT/IB02/03482)。在圖1中示意性地示出了實(shí)驗裝置。 申請人:發(fā)現(xiàn)，在臨界電壓以上，形成將金剛石表面連接至陽極的黑棒，并且均衡電流隨后流動通過所述電路。在不受理論束縛的情況下， 申請人:相信，當(dāng)垂直地從金剛石表面提取電子時，在整個表面形成由在所述表面緊下方的正施主電荷和被這些正電荷緊密結(jié)合到所述表面的電子組成的偶極子層。通過由陽極施加電壓，偶極子層的寬度增長直直至外部結(jié)合的電子與陽極接觸為止。這釋放了形成偶極子的負(fù)層的被緊密束縛的外部電子:電子流隨后可以從金剛石垂直于金剛石的表面流動通過外部結(jié)合的電子而進(jìn)入陽極。
[0003]在不束縛于理論的情況下，但是基于固態(tài)電子界面的物理模型， 申請人:相信即使該棒從金剛石向陽極傳遞電流也不存在沿著該棒的電場。由于這是Kamerlingh-Onnes在1911針對超導(dǎo)作用發(fā)現(xiàn)的定義行為，因此顯示出該棒處于超導(dǎo)相。
[0004]按照這種方式形成的所述相的可能電子應(yīng)用目前受到限制。如果可以在例如電子芯片上產(chǎn)生橫向流、低電阻區(qū)域，則可以是優(yōu)選的。因此，本發(fā)明的目的是產(chǎn)生一種低電阻電流動路徑，其中外部電子可沿著諸如摻氧的金剛石這樣的基底的表面自由運(yùn)動。理想地，所述區(qū)域應(yīng)該為超導(dǎo)的，但即使它們僅具有相對于現(xiàn)在使用的連接材料而言低得多的電阻，它們的產(chǎn)生也將對包含這種摻雜的基底的電子芯片的速度和尺寸造成顯著影響。
[0005]在關(guān)于金剛石的科學(xué)文獻(xiàn)中，熟知的是，金剛石基底的低能量氧離子處理完全抑制了沿著這種金剛石的表面的所有橫向?qū)щ姟H當(dāng)使用氫時才觀察到橫向?qū)щ?，但這在金剛石的表面下方發(fā)生。實(shí)際上，如果這種經(jīng)氫處理的金剛石接著受到氧離子處理，則甚至這種導(dǎo)電也被抑制并因此消失。然后，所述表面變?yōu)檠刂鴻M向方向絕緣。
[0006] 申請人:現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，通過將(在所述表面下方和接近所述表面)植入的氧離子的密度增至非常高的值，同時在后處理期間將金剛石退火以防止金剛石表面變成石墨，然后，與在科學(xué)文獻(xiàn)中報道的相反，確實(shí)最后引發(fā)啟動橫向?qū)щ姟Ｒ虼孙@示出在這些離子密度下氧等離子體處理不再抑制橫向?qū)щ?，而是?shí)際上造成導(dǎo)電發(fā)生。后續(xù)的實(shí)驗顯示了，這種橫向?qū)щ娫诮饎偸谋砻嫔锨以诮饎偸耐獠堪l(fā)生。這意味著結(jié)合到所述表面的電子中的一些(在這種方式下，形成隔著表面的偶極子層)變得自由，以在所述表面上且在金剛石的外部橫向地傳輸電流。這樣，在表面的外部產(chǎn)生了極低的電阻和并且因此極低的電阻率的純電子導(dǎo)電相?？梢栽谛滦碗娮友b置的設(shè)計和制造中采用這種相。這些相的電阻率比通常用于在電子芯片上進(jìn)行連接的已知金屬和材料的電阻率低得多。
[0007]接著，發(fā)現(xiàn)了當(dāng)使用氮離子甚至氫離子時也可產(chǎn)生相同的導(dǎo)電，前提是，在后一種情況下，首先通過低能量碳離子植入來預(yù)處理金剛石的次表面，以產(chǎn)生高密度的點(diǎn)陣空位。針對后一個目的，也可使用任何其它離子(以及甚至電子)，前提是具有空位的層形成在所述表面附近和表面下方。在后續(xù)的氫等離子體處理之后，獲得的導(dǎo)電不再是次表面的，而是在這種情況下，還通過可橫向和且在金剛石外部運(yùn)動的自由電子發(fā)生?？雌饋恚嬖诖伪砻婵瘴粚τ谠诒砻嫔袭a(chǎn)生外部橫向?qū)щ妬碚f是關(guān)鍵。
[0008]因此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種電流動路徑，其至少一部分通過基底材料的主體形成，所述基底材料的主體的至少一部分是具有表面和位于所述表面或所述表面下方的植入的原子的摻雜部，至少一部分所述表面限定了電流動路徑的低電阻部分。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了橫向電流動路徑，其由位于η型基底材料的表面外部的電子電荷組成，并且與位于表面上的通常的外部電子軌道相比，所述位于η型基底材料的表面外部的電子電荷在沿著基底材料的表面施加的電場的影響下自由運(yùn)動，所述電荷由所述基底內(nèi)在所述基底的表面和接近所述表面的高密度的施主缺陷產(chǎn)生。 [0010]所述電流動路徑可以是電路的一部分，該電路可以包括電壓源。基底材料的主體可以形成電子元件的一部分，并且所述電路和所述電子元件可以形成電子裝置的一部分。
[0011]電子元件可通過連接器連接至流動路徑。電流動路徑的低電阻部分的電阻率可小于約2 X 10-8 Ω -m,并可小于約5 X 10-13 Ω -m。
[0012]所述基底材料可選自具有低的電子未和性的材料，像例如金剛石；基于碳的材料，像石墨烯或石墨烯主導(dǎo)的材料；聚合物、立方氮化硼、氮化鋁、氮化鎵、氧化鋁等。基于碳的材料是優(yōu)選的，這是因為它們具有短的結(jié)合長度，這允許較高的摻雜密度和空位密度。
[0013]所述植入的原子可選自氧、氫、鋰、氮、氟、氯、硫、磷、砷等。
[0014]所述連接器可為金連接器，但應(yīng)該優(yōu)選地具有甚至更低的電子功函數(shù)。
[0015]至少一些植入的原子可以位于基底表面下方約0.1 A到5000 A之間的深度。植入的原子的密度可在約IO17CnT3到IO23CnT3之間。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種導(dǎo)體，其包括細(xì)長基底，所述基底具有限定沿其長度延伸的電流流動路徑的縱長表面，其中所述表面的至少一部分是摻雜部。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種導(dǎo)體，其為繞著孔的環(huán)形，所述環(huán)形限定繞著所述孔的電流流動路徑。
[0018]本發(fā)明因此提供了一種導(dǎo)體，其中所述基底具有通過所述基底延伸的通路并且所述電流動路徑繞著所述通路延伸。在該實(shí)施方式中，如果通過所述電流動路徑傳送DC電流，則產(chǎn)生穿過所述通路或孔的磁通。當(dāng)關(guān)掉將電流注入電流動路徑的電力供應(yīng)時，磁通被保持約束在通路或孔保持中。這表示沿著所述流動路徑運(yùn)動的電荷載流子遇到可忽略的電阻。
[0019]當(dāng)利用外部電阻器和電流表將由接觸件造成的電流路徑連接時，據(jù)發(fā)現(xiàn)，該環(huán)用作電源直至所存儲的磁場變?yōu)榱銥橹?；因此，?dāng)被充電時，該環(huán)用作小的電池。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種電子裝置，該電子裝置包括電流動路徑，所述流動路徑的至少一部分由基底材料的主體形成,所述基底材料的主體的至少一部分是摻雜部，該摻雜部具有表面和在所述表面或所述表面下方的植入的原子，所述表面的至少一部分限定所述電流動路徑的低電阻部分。
[0021]在一系列實(shí)驗中，兩個鍍金的金屬接觸件與金剛石基底的表面接觸，所述金剛石基底的表面已經(jīng)利用氧原子進(jìn)行了等離子體摻雜。沿著金剛石表面測量接觸件之間的電阻。由于金剛石受到連續(xù)等離子體處理以測量作為離子密度的函數(shù)的電阻，因此電阻測量要求兩個接觸件必須機(jī)械地按壓到金剛石表面上。這引起了結(jié)果的不可再生性的測量。然而，后一工藝允許測量作為離子劑量的函數(shù)的電阻。為了最小化不可再生性，測量設(shè)備最終如圖2中示意性地所示的那樣構(gòu)造。在這種情況下，經(jīng)處理的金剛石表面通過裝載有彈簧的測微計降低至兩片鍍金的載玻片上。接觸件之間的距離L可改變，從而還可測量作為L的函數(shù)的電阻。
[0022]圖3示出了電阻隨植入的氧離子劑量變化的實(shí)例。所有這些測量結(jié)果均是針對接觸件之間的相同距離L進(jìn)行的。起初，測量不到任何東西，正如在文獻(xiàn)中已經(jīng)報道的針對氧離子等離子體處理所預(yù)計的那樣。但在培育離子劑量之后，出現(xiàn)可測量的導(dǎo)電。隨著離子劑量進(jìn)一步增大，電阻降低，并隨后在約200kQ的平均值處飽和。這表示最接近所述表面的施主的密度不能無限增大，而是達(dá)到飽和最大值。在大量金剛石中始終產(chǎn)生這樣的結(jié)果，并且在所有情況下，結(jié)果中的分散可以唯一地歸因于接觸件電阻的不可再生性。
[0023]當(dāng)接觸件之間的距離增大時，在實(shí)驗誤差范圍內(nèi)，電阻不變化。這表示測量的電阻由接觸件的電阻主導(dǎo)，并且金剛石基底具有接近零的電阻率。圖4示出了針對同一電壓，在接觸件之間的六個不同距離L，作為兩個接觸件之間的距離L函數(shù)的電流。數(shù)據(jù)點(diǎn)正好落入針對所有這些實(shí)驗獲得的正常分散范圍內(nèi)，這表示針對任何距離L,電流相同。
[0024]在不束縛于理論的情況下，如果接近表面的施主發(fā)射出足夠多的電子以使得一些電子積聚在所述表面上作為自由電子，該自由電子可以隨后以低電阻率地橫向傳輸電流，則接觸件只要被按壓在表面上就將遇到這種電子。因此，在將接觸件推送到表面上之前在接觸區(qū)域上和周圍存在的那些電子應(yīng)該在這些條件下流入金屬接觸件中。這樣，繼而將隔著金剛石-金屬界面產(chǎn)生偶極子，并且每個金屬接觸件將隨后變?yōu)閹ж?fù)點(diǎn)荷。這種接觸件將隨后將周圍的自由電子(如果它們存在在表面上)推開。這在圖5中示意性地示出，圖5中示出了在接觸件處形成的長度為AL的高電阻間隙。圓圈示意性地表示自由電子。
[0025]在多次實(shí)驗中，利用不同的金剛石，在實(shí)驗誤差范圍內(nèi)，獲得相同結(jié)果。當(dāng)使用較長的Ib型金剛石時，測量在 所述兩個接觸件之間、并與所述兩個接觸件隔開的兩個點(diǎn)之間的電壓，但該電壓太低，以致于不能夠進(jìn)行可靠的測量。這表明接觸件之間的電阻率比接觸件的電阻低得多。再者，在不束縛于理論的情況下，這些結(jié)果表明，由所述表面上的自由電子傳輸電流，但不能結(jié)論性地證明這一點(diǎn)，因為電流可在表面下方傳輸。
[0026]然而，以下分析與在所述表面上和外部導(dǎo)電完全相稱:
[0027]如果假設(shè)針對距離L，接觸件之間的材料的電阻為Rp并且每個接觸件的電阻為R。，則通過下式給出總電阻Rn:
[0028]Rfi=RP+2Rc (I)
[0029]假設(shè)金剛石具有w的寬度，視在面電阻率可隨后寫作Ras，其中:
_ wRq _ wRP 2wRc
[0030]Kas 'nr"'nr+—t-


C2)
[0031]假設(shè)在所述表面上且外部導(dǎo)電，則必須減去由圖5中所示的間隙AL引起的電阻，從而接觸件之間的間隙L中的電子相的實(shí)際面電阻率Rs將為:
oWRp
[0032]K? = (TT^) ⑴
[0033]等式2可因此寫為:[0034]<img/[0035]對于非常大的L，將得到RAS —Rs。然而，如果外部電子相具有零電阻率，則針對L3 2AL直至無窮大的任意值，民將是可忽略的。隨后，第二項將完全確定視在面電阻率Ras:當(dāng)針對L外推到無窮大的值時，Ras必然隨后隨著L相反地衰減至零。作為長度倒數(shù)I/L的Ras的點(diǎn)圖必然隨后給出斜率等于(2wR。)的線性關(guān)系，當(dāng)在曲線圖上1/L變?yōu)榱銜r，Ras外推至零。
[0036]在圖6中描繪視在面電阻率Ras作為一個金剛石上進(jìn)行單組測量中使用的L的倒數(shù)的函數(shù)。在底部插圖中示出針對非常小的L的數(shù)據(jù)點(diǎn)。利用所有點(diǎn)執(zhí)行線性最小二乘法擬合。這樣得到了實(shí)線和針對民=_280的值(見圖6中的頂部插圖)。由于最小距離可以受載玻片邊緣的鋸齒影響，因此通過忽略這一點(diǎn)同樣執(zhí)行最小二乘法擬合。這樣得到了圖7中的虛線，當(dāng)L4=O時，其給出了甚至更低的面電阻率。面電阻率不能夠是負(fù)的，從而這些結(jié)果符合非常小的電阻率，并且強(qiáng)烈地指示零電阻率。如果針對接觸件電阻不使用恒定值，而是另外假設(shè)如當(dāng)在所述表面下方發(fā)生導(dǎo)電時應(yīng)該出現(xiàn)的那樣它們隨著接觸面積的增大而減小，則針對“無窮大”的L，面電阻率外推至甚至更加大的負(fù)值。這進(jìn)一步證明了在所述表面下方未發(fā)生導(dǎo)電。
[0037]利用更多數(shù)據(jù)點(diǎn)的后續(xù)測量始終符合當(dāng)L變?yōu)闊o限長時，面電阻率外推至接近(如果不確切等于)零。
[0038]現(xiàn)在，通過參照以下實(shí)例和附圖，通過舉例的方式描述本發(fā)明，圖中:
[0039]圖1是在PCT/IB02/03482中使用的用于從高度摻雜的n型金剛石中將電子提取到真空中的實(shí)驗布裝置的示意圖；
[0040]圖2示意性地示出了用于將經(jīng)植入的金剛石表面降低至兩個接觸件上的實(shí)驗設(shè)置，兩個接觸件可被調(diào)節(jié)為在它們之間具有不同距離L，將金剛石降低的臂裝載有彈簧并且具有只要彈簧達(dá)到特定壓縮程度就打開的微動開關(guān)。
[0041]圖3是示出作為植入的氧離子劑量的函數(shù)的電阻的變化的典型(非最佳)點(diǎn)圖；
[0042]圖4是針對同一電壓、摻氧金剛石表面上的兩個接觸件之間的六個不同距離L的情況，示出作為兩個接觸件之間的距離L的函數(shù)的電流的放大的點(diǎn)圖。
[0043]圖5示意性地示出了金接觸件如何變?yōu)閹ж?fù)電荷并在它們周圍產(chǎn)生長度為A L的具有高電阻的區(qū)域，因此當(dāng)電流在所述表面上和外部從一個接觸件流至另一個接觸件時使得接觸件主導(dǎo)電阻測量。
[0044]圖6示出了作為接觸件之間的距離L的倒數(shù)的函數(shù)的視在面電阻率；通過數(shù)據(jù)點(diǎn)的最小二乘法擬合，針對P=O (即L等于無窮大)外推至負(fù)電阻率。
[0045]圖7示出了測量到的作為接觸件與表面的垂直距離d的函數(shù)的通過摻雜的Ib型金剛石的電流；示出了針對接觸件之間的最小和最大距離的數(shù)據(jù)。
[0046]圖8是導(dǎo)電裝置的示意圖，其具有由通過氧離子植入而在金剛石基底上產(chǎn)生的金金屬箔覆蓋的純電子通道；與不具有電子通道的金屬層相比，其電阻率較低，并且實(shí)際上低到難以測量。
[0047]圖9是導(dǎo)電裝置的示意圖，其中在兩層金剛石之間存在電荷載流子，其中每層金剛石在等離子體處理之后在它們表面外具有電子，這樣，有助于在所述表面之間存在電子。[0048]圖10示出了金剛石圓環(huán)，其帶有從孔向環(huán)外側(cè)切割到環(huán)內(nèi)的狹槽，在用氧離子等離子體處理之后，電流可繞著環(huán)從一個接觸件傳送至另一個接觸件，以產(chǎn)生穿過環(huán)的磁通，在電流和磁場穩(wěn)定之后，使用另一個經(jīng)處理的金剛石作為橋元件來橫跨狹槽使環(huán)短路。
[0049]圖11是使用金屬柵來控制和切換流過所述裝置的電流的晶體管裝置。與其它晶體管相比可忽略柵電阻。
[0050]參照圖1，附圖標(biāo)記10是用于從高度摻雜的n型金剛石中提取電子的PCT/IB02/03482的相關(guān)技術(shù)的實(shí)驗裝置的示意圖。所述裝置包括陽極12、n型金剛石14，它們通過包括電流表18和伏特表20的連接器16連接。箭頭22示出了由測微計(未示出)測量的陽極的運(yùn)動。
[0051]參照圖2，附圖標(biāo)記30示出了用于將經(jīng)植入的金剛石表面降低至兩個接觸件上的實(shí)驗設(shè)置，接觸件之間的距離可以調(diào)節(jié)為在它們之間具有不同距離L。所述實(shí)驗設(shè)置包括金剛石基底32、載玻片34和36、金目標(biāo)接觸件38以及金注入接觸件40。箭頭42示出間隙d(V- m)o箭頭44示出測微計調(diào)節(jié)的間隙。
[0052]參照圖5,附圖標(biāo)記50指示示出金接觸件如何變?yōu)閹ж?fù)電荷并且在它們周圍產(chǎn)生長度為AL的高電阻區(qū)域的裝置。在附圖中，附圖標(biāo)記52指示金剛石基底，箭頭54指示長度L，56示出了注入接觸件并且58示出了目標(biāo)接觸件。附圖標(biāo)記60示出了 AL并且附圖標(biāo)記65示意性地示出了接觸件電阻R。。附圖標(biāo)記62示意性地指示外部軌道并且64指示植入的尚子。
[0053]參照圖8，附圖標(biāo)記70示出了導(dǎo)電裝置，其具有由通過氧離子植入在金剛石基底上產(chǎn)生的金金屬箔覆蓋的純電子通道。所述裝置包括金剛石基底72、金屬層74和超導(dǎo)通道76。
[0054]參照圖9，附圖標(biāo)記80示出了導(dǎo)電裝置，其中在兩層金剛石之間存在電荷載流子，每層金剛石在等離子體處理之后在它們的表面外側(cè)具有電子。所述裝置80包括金剛石基底82和84以及接觸件86和88。圓圈90示意性地示出電荷載流子。
[0055]參照圖10，附圖標(biāo)記100示出了圓環(huán)形金剛石102的俯視圖。金剛石102具有穿過其的4mm的孔104和從孔104延伸至環(huán)形金剛石102外側(cè)的狹槽106。內(nèi)接觸件108和外接觸件110與狹槽106相鄰地布置，并且由氧離子等離子體處理獲得的環(huán)形電流流動路徑112從接觸件108延伸至接觸件110。在通過流動路徑112傳送電流之后，另一個經(jīng)處理的金剛石(在附圖的底部以側(cè)視圖的方式示出的114)用作橋元件，以橫跨狹槽106使環(huán)短路。如箭頭116所示，金剛石的直徑為11mm。
[0056]參照圖11，晶體管裝置120包括金剛石基底122、接觸件124和接觸件126以及用以切換通過裝置流動的電流的金屬柵電極128。再次由圓圈130示意性地示出電荷載流子。
[0057]實(shí)例I
[0058]為了產(chǎn)生在金剛石表面外的自由電子，以使得可以沿著所述表面發(fā)生橫向電荷傳遞，通過在鹽酸、高氯酸和硫酸溶液中煮沸以及隨后用蒸餾水沖洗來清潔具有3.6X3.6mm2的表面積的天然IIa型(高純度)金剛石的表面。將清潔后的金剛石加熱并通過利用等離子體植入設(shè)備離子植入氧離子來摻雜氧。金剛石被施以150伏特的偏壓，以在表面附近產(chǎn)生植入的原子，并執(zhí)行多次植入。在約60秒的短時間內(nèi)執(zhí)行每次植入。在安裝所述金剛石的工作臺已被加熱至400°C的溫度之后執(zhí)行每次植入。在每次植入步驟之后，金剛石冷卻至室溫并從真空系統(tǒng)中取出。隨后通過將所述接觸件推至摻雜的金剛石表面上并記錄作為所施加的電壓的函數(shù)的電流來測量在相距距離L的兩個鍍金的金屬接觸件之間的電阻。圖3中不出結(jié)果。
[0059]隨著離子劑量增大(示為圖3中的X軸上的植入時間)，達(dá)到培養(yǎng)離子劑量，超過其可測量到導(dǎo)電。隨著離子劑量增加，電阻降低，并且在實(shí)驗誤差范圍內(nèi)，在較高的劑量在相同值達(dá)到飽和。
[0060]利用不同金剛石重復(fù)該工序。雖然測量的電阻值中具有一定程度的分散性，但是當(dāng)使用相同的離子能量時，在每種情況下的電阻以相同值穩(wěn)定在實(shí)驗誤差范圍內(nèi)。
[0061]實(shí)例2
[0062]重復(fù)實(shí)例I的工序，但接觸件之間的距離L變化。再者，當(dāng)使用相同的離子能量時，在每種情況下的電阻以與實(shí)例I中獲得的值相同的值穩(wěn)定在實(shí)驗誤差范圍內(nèi)。
[0063]實(shí)例 3
[0064]在實(shí)例I的工序的變形例中，使用相對長的金剛石。所述兩個接觸件布置在0.01mm和3.1mm之間的各距離L處。圖2示意地示出實(shí)驗設(shè)置。針對接觸件之間的不同距離L，測量電阻，并且圖4示出結(jié)果。從圖中可看出，針對從0.01mm至3.1mm的距離L，電流的平均值稍高于0.35mA。針對L=0.01mm的電流小于針對L=3.1mm的電流，即使后者的距離長了 310倍。這表明，在實(shí)驗誤差范圍內(nèi)，針對所有的L值，電流相同。
[0065]實(shí)例 4
[0066]使用相對長的合成Ib型金剛石重復(fù)實(shí)例3的工序。當(dāng)相對于接觸件垂直移動金剛石時，測量作為測微計運(yùn)動變化的函數(shù)的總電阻。精度為±0.2i!m。小心處理以確保金剛石的表面平行于接觸件的表面。針對接觸件之間的由L=0.01mm和L=3.1mm給定的最小和最大距離，如圖7所示，測量作為測微計垂直運(yùn)動量的函數(shù)的接觸件之間的電流。
[0067]從微動開關(guān)起作用的位置開始，最多至22.5 的測微計運(yùn)動量，雖然壓力降低，但金剛石仍然接觸接觸件。圖7中的豎條示出了金剛石離開接觸件時的距離。此時，金剛石表面和接觸件表面之間的垂直距離d為零。在兩種情況下，當(dāng)間隙距離d大于零時，電流流動。這表面了在金剛石表面和接觸件之間存在外部電子相。
[0068]針對接觸件之間的距離L=0.1mm,電流穩(wěn)定在約0.15mA。直至高達(dá)d 2 82.5 ii m的值能夠測量到這樣的電流值。針對接觸件之間L=3.1mm的大間隙，電流開始穩(wěn)定但在距離d ^ 10 時暴跌至零。在后一種情況下，與L非常小的情況相比，接觸件覆蓋金剛石的小得多的表面積。
[0069]實(shí)例5
[0070]為了生產(chǎn)不存在間隙L的裝置，即在金剛石和外部電子層頂部上的單個金屬接觸層之間產(chǎn)生相，通過一系列高能量碳離子植入以至達(dá)到非常高的劑量，然后通過退火和在鹽酸、硫酸和高氯酸的沸騰溶液中蝕刻掉石墨化的材料來在金剛石中產(chǎn)生通道。估計通道深度為d~Iym或更大。隨后，通過在通道中植入適度淺的氧施主以至達(dá)到非常高的劑量，通道的底部提供n型導(dǎo)電。將金箔設(shè)置在通道頂部，并通過粘合劑沿其邊緣固定在一定位置。圖8示意地示出該裝置。在不同實(shí)施方式中，通道底部和金屬表面之間的距離在約3-5 A和100 之間。測量通道內(nèi)部的電阻并將其與其中省略了離子植入步驟的相似裝置的通道內(nèi)部的電阻進(jìn)行比較。據(jù)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)植入的裝置的電阻低得多，并且在測量設(shè)備的精度范圍內(nèi)，實(shí)質(zhì)上為零。
[0071]實(shí)例6
[0072]將具有相等表面積的兩個金剛石基底進(jìn)行處理，并用于通過將它們的導(dǎo)電表面與金屬接觸件間隔開而形成夾層結(jié)構(gòu)，如圖9所示。這樣，可以在金剛石表面之間形成內(nèi)部低電阻通道。通過利用這種金剛石層，處理每層的兩個側(cè)面，以及將它們疊置，可產(chǎn)生具有大橫截面面積的低電阻率元件。
[0073]實(shí)例7
[0074]在該實(shí)例中，如圖10所示，將金剛石基底機(jī)加工，以形成帶有狹槽的環(huán)，所述狹槽從環(huán)中的孔切割至外部。隨后處理所述環(huán)以變得導(dǎo)電，從而可在狹槽的相對兩側(cè)上的兩個接觸件之間繞著孔傳送電流。
[0075]俯視圖中的虛線框是已制為導(dǎo)電的單獨(dú)金剛石塊。因此，當(dāng)降低至金剛石環(huán)上以使得金剛石塊底部上的電子與環(huán)的表面上的電子接觸時，其可用于橋接兩個接觸件之間的狹槽。
[0076]起初，將橋保持在環(huán)上方(見側(cè)視圖)從而其不接觸。隨后從一個接觸件至另一接觸件繞著環(huán)傳送DC電流，以產(chǎn)生穿過由環(huán)所包圍的孔的磁通。隨后通過降低金剛石塊建立橋。當(dāng)關(guān)掉注入繞環(huán)的電流的電源時，據(jù)發(fā)現(xiàn)，磁通保持被約束為穿過環(huán)的孔。這證明了繞環(huán)運(yùn)動的電荷載流子遇到的電阻可忽略。
[0077]當(dāng)利用外部電阻器和電流表將接觸件連接時，據(jù)發(fā)現(xiàn)，此時，該環(huán)在存儲的磁場變?yōu)榱阒坝米麟娫?。因此，?dāng)被充電時，該環(huán)就用作小電池。
[0078]實(shí)例 8
[0079]在該實(shí)例中，使用具有矩形表面的長金剛石基底。在經(jīng)過處理而由于表面上存在的電子變得導(dǎo)電之后，如圖11所示，將小的柵金屬電極保持在導(dǎo)電金剛石的表面上方。
[0080]通過對該柵電極施加負(fù)電荷，其下方的電子可被推回至金剛石的表面中，以使得電流停止。因此，裝置用作晶體管開關(guān)。還發(fā)現(xiàn)，通過改變向該柵電極施加的電壓，可調(diào)制DC電流，從而裝置還作為模擬晶體管工作。在柵電極下方，該晶體管具有接近零(如果實(shí)際上不為零)的電阻率。由于正是這個電阻率限制可在處理器芯片內(nèi)獲得的速度，因此這種小型化的外部電子的晶體管應(yīng)當(dāng)能夠制造比目前可獲得的那些更快的處理器芯片。
[0081]所有測量的結(jié)果表明，借助金剛石表面外側(cè)的自由電荷載流子發(fā)生導(dǎo)電，并且電阻因此可以忽略。
【權(quán)利要求】
1.一種電流動路徑，所述電流動路徑的至少一部分由基底材料的主體形成，所述基底材料的主體的至少一部分是摻雜部，所述摻雜部具有表面和位于所述表面處或所述表面下方的植入的原子，所述表面的至少一部分限定了所述電流動路徑的低電阻部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流動路徑，所述電流動路徑是電路的一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電流動路徑，其中，所述基底材料的主體是電子元件的一部分，并且所述電路和所述電子元件是電子裝置的一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流動路徑，其中，所述電子元件的其余部分通過連接器連接到所述流動路徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一項所述的電流動路徑，其中，所述電流動路徑的所述低電阻部分的電阻率小于約2 X 10_8 Ω -m。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電流動路徑，其中，所述電流動路徑的所述低電阻部分的電阻率小于約5Χ10-13Ω-πι。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的任一項所述的電流動路徑，其中，所述基底材料具有低的電子親和性，并選自:金剛石、石墨烯、石墨烯主導(dǎo)的材料、聚合物、立方氮化硼、氮化鋁、氮化鎵和β -氧化招。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7的任一項所述的電流動路徑，其中，所述植入的原子選自:氧、氫、鋰、氮、氟、氯、硫、磷、砷以及它們的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8的任一項所述的電流動路徑，其中，所述植入的原子中的至少一些位于所述基底的表面下方約0.1A到5000 A之間的深度。`
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9的任一項所述的電流動路徑，其中，所述植入的原子的密度在約 IO17CnT3 到 IO23CnT3 之間。
11.一種導(dǎo)體，該導(dǎo)體包括基底，所述基底具有限定電流動路徑的表面，所述電流動路徑的至少一部分沿著所述表面的至少一部分延伸，其中所述表面的所述至少一部分是摻雜部。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的導(dǎo)體，其中，所述基底具有通過所述基底延伸的通路，并且所述電流動路徑繞著所述通路延伸。
13.—種電路，該電路包括根據(jù)權(quán)利要求11所述的導(dǎo)體。
14.一種電子裝置，該電子裝置包括電流動路徑，所述流動路徑的至少一部分由基底材料的主體形成，所述基底材料的主體的至少一部分是摻雜部，該摻雜部具有表面和在所述表面或所述表面下方的植入的原子，所述表面的至少一部分限定所述電流動路徑的低電阻部分。
15.—種橫向電流動路徑,所述橫向電流動路徑由位于η型基底材料的表面外部的電子電荷組成，并且與位于表面上的外部電子軌道相比，所述位于η型基底材料的表面外部的電子電荷在沿著基底材料的表面施加的電場的影響下自由運(yùn)動，所述電荷由所述基底內(nèi)在所述基底的所述表面和接近所述表面的高密度的施主缺陷產(chǎn)生。
【文檔編號】H01L29/16GK103635991SQ201280028958
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月14日
【發(fā)明者】J·F·普林斯 申請人:塞吉外斯66(私人)有限公司