大尺寸掺硼宝石级金刚石单晶的高温高压合成及电学性质研究

在5.4GPa、1200～1400℃条件下,进行掺硼金刚石单晶的合成研究。成功合成出了重0.2g,径向尺寸达6.0mm的优质掺硼金刚石单晶。考察了合成体系中硼添加量对晶体透光度的影响。利用伏安特性和霍尔测试,得到了掺硼金刚石单晶常温电阻率、霍尔系数及霍尔迁移率和合成体系中硼添加量的关系。研究发现,随着合成体系中硼添加量的增加,晶体的电阻率和霍尔迁移率都呈下降趋势;霍尔系数随硼添加量的增加先下降后上升。随着硼添加量的增加:晶体常温电阻率下降,表明硼杂质已进入到金刚石晶体中。霍尔迁移率的下降,可能是晶体缺陷增多对载流子散射所致。霍尔系数先减小后增大,这可能与进入金刚石的硼元素量增大及晶体缺陷增多有关。     

掺硼金刚石膜的热敏特性

用微波ＰＣＶＤ法将掺硼金刚石膜淀积在Ｓｉ３Ｎ４基片上，用Ｔｉ薄膜作为欧姆接触电极蒸发在金刚石表面上，为防止Ｔｉ在高温下氧化，上面镀上了Ａｕ薄膜，从室温到６００℃范围内测试了这些金刚石膜样的电阻（Ｒ），发现Ｔ＾－１和Ｒ之间呈线性关系，若改变掺硼浓度以及热处理条件可以控制掺硼金刚石膜的热敏特性，结果表明掺硼金刚石膜显示了高的敏感性和好的稳定性，是一咱优良的热敏电阻材料。     

高掺杂Si/BDD薄膜电极的制备及电化学性能

近年来,掺硼金刚石(BDD)膜因具备独特的优异性能而作为电极材料已经受到很大的关注.本文通过MPCVD法在高掺杂硅衬底上生长掺硼金刚石膜,并用四探针、扫描电镜、激光拉曼和电化学工作站对其进行了检测,发现所制备的掺硼金刚石膜电导率达10-2Ω·cm,同时发现金刚石膜质量因硼原子的掺入而有所下降,采用循环伏安法研究其电化学...     

气压和偏流对高掺硼金刚石晶体性质的影响(英文)

采用热丝化学气相沉积法,改变工作气压和偏流,在硅基片上沉积了高掺硼金刚石膜。利用扫描电镜(SEM)、拉曼光谱和X射线衍射仪对沉积的金刚石膜表面形貌和结构进行表征。结果显示:当气体压强从3kPa降低到1.5kPa时,金刚石膜有较平的表面形貌和和较好的晶形,薄膜的晶体性质得到良好的改善。但是继续降气体压强,从1.5kPa到0.5kPa时,却呈现出相反的趋势。固定气体压强(1.5kPa),改变偏流,结果表明:适当的偏流(3A)可以改善掺硼金刚石的质量,偏流较高会导致薄膜中非金刚石相增多。     

硼磷共掺杂n型金刚石薄膜的Hall效应、红外光谱和EPR研究

用离子注入方法,在CVD金刚石薄膜中共注入硼离子和磷离子,得到了电阻率较低的n型金刚石薄膜。Hall效应测试表明,800℃退火后,在注入的磷离子剂量相同的情况下,共注入硼的金刚石薄膜的载流子浓度与单一掺磷的相近,但Hall迁移率高,电阻率低。FTIR结果表明B-H结的形成钝化了硼的受主特性,使磷的施主特性没有被补偿,共掺杂薄膜中载流子浓度没有大幅度减少。EPR和Raman测试结果证实了较高温度退火后的共掺杂薄膜的晶格结构比单掺杂薄膜的更完整,从而有利于提高载流子迁移率,降低电阻率。     

硼掺杂金刚石薄膜电极在酸碱盐中的电化学性质研究

通过热丝化学气相沉积技术,在P型单晶衬底上制备了掺硼金刚石薄膜电极。采用扫描电子显微镜和X射线衍射分析了丙酮流量对硼掺杂金刚石薄膜电极的表面形貌的影响,采用循环伏安法分析硼掺杂金刚石薄膜电极在不同浓度的酸碱盐电解液中的电化学特性。结果表明,硼掺杂金刚石薄膜质量随着丙酮流量的增加而先提高后下降的趋势,并且硼掺杂金刚石薄膜电极在不同电解质中存在不同的电化学窗口,中性溶液中的电化学窗口最宽在3.2 V以上,具有极强的电化学氧化性能。     

非晶硅太阳电池窗口层材料掺硼非晶金刚石的研究

以固态掺杂方式利用过滤阴极真空电弧技术制备掺硼非晶金刚石薄膜, 获得性能优良的宽带隙p型半导体材料, 再利用等离子增强化学气相沉积技术制备p-i-n结构非晶硅太阳电池的本征层和n型层, 最终制成以掺硼非晶金刚石薄膜为窗口层的非晶硅太阳电池. 利用Lambda950紫外-可见光分光光度计表征薄膜的光学带隙, 并测试电池开路电压、短路电流、填充因子以及转化效率等参数, 再分析电池的光谱响应特性. 实验表明, 掺硼非晶金刚石薄膜的光学带隙(～2.0eV)比p型非晶硅更宽, 以掺硼非晶金刚石薄膜用作非晶硅太阳电池的窗口层, 能够改善电池的光谱响应特征, 并提高转化效率达10%以上.     

Ⅱb型宝石级金刚石的表征及半导体特性研究

利用温度梯度法在高温高压国产六面顶压机上成功合成出尺寸达4mm的优质Ⅱb型宝石级金刚石。利用显微红外吸收光谱对所合成的黄色、无色及蓝色宝石级金刚石的氮、硼杂质进行了测试。通过对比分析认为所合成的除氮、掺硼蓝色宝石级金刚石为Ⅱb型。利用四探针法和霍尔效应法对不同掺硼量所合成的Ⅱb型宝石级金刚石半导体性质进行了测试;总结了掺硼量与金刚石半导体性质之间的变化关系;分析认为硼的添加对Ⅱb型宝石级金刚石的半导体特性的变化起到了决定性作用。     

类金刚石膜的制备及其物理性质

我们分别用射频等离子体法和无质量分析低能碳氢离子束沉积法在p型和n型单晶硅衬底上形成了类金刚石膜,用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、二次离子质谱(SIMS)和X射线光电子谱(XPS)等方法对膜的晶体结构和成分等进行了分析,对膜的电阻率、导电类型及膜与衬底间的伏安特性等电学性质和折射率等光学性质进行了测试。不同条件下得到的碳膜都具有非晶结构;碳膜电阻率随沉积粒子不同和杂质含量,有较大变化,最大可达10~(12)欧姆·厘米左右;类金刚石膜的导电类型决定于杂质种类及其活化情况,膜中杂质主要是来源于系统的铝和由衬底扩散而来的硅、硼、磷等,含铝的类金刚石膜在离子轰击退火的情况下呈p型,而含磷的类金刚石膜则呈n型导电性;碳膜折射率随沉积条件有较大变化,对6328(?)波长的光,膜的折射率在1.5～2.4之间变化。     

硼掺杂对直流热阴极CVD金刚石薄膜生长特性的影响

采用直流热阴极CVD法以B(OCH3)3为掺杂剂制备了硼掺杂金刚石薄膜,利用等离子体发射光谱、SEM、Raman和XRD研究了硼掺杂对金刚石薄膜生长特性的影响,通过与未掺杂金刚石薄膜的对比发现:在直流热阴极CVD系统中,低浓度硼掺杂条件下能够长时间维持稳定的辉光放电. 掺硼后辉光等离子体活性基团(Hα、Hβ、C2、CH)的种类没有改变,但C2基团的浓度升高,而CH基团的浓度下降,薄膜的生长速率提高到0.65mg·cm-2·h-1. 硼掺杂金刚石薄膜为多晶薄膜,晶体生长良好,取向以(111)晶面为主,质量较未掺杂薄膜有所提高. 硼原子以取代或填隙的方式掺杂进入金刚石晶格,没有破坏金刚石晶体结构.