直流热阴极CVD法中硼酸三甲酯流量对掺硼金刚石膜制备的影响

采用直流热阴极CVD方法,以液态硼酸三甲酯为硼源,在P型(100)硅基片上制备了掺硼金刚石(BDD)膜.利用扫描电子显微镜(SEM)、激光拉曼光谱仪、X射线衍射仪(XRD)等方法对样品进行了表征,研究了其生长特性,并利用电榆运特性测试系统对其电阻率进行了测试.结果表明,随着硼酸三甲酯流量的增加,晶体的表面逐渐光滑平整、棱角清晰;掺硼金刚石膜的品质呈先上升后下降的趋势;电阻率呈先下降后达到平稳的趋势,最终达到约8.0×10-3Ω·cm.硼掺杂明显改变了金刚石晶体的组成结构.     

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。     

在hBN-Li3N-B体系中合成黑色立方氮化硼

在高温高压条件下在hBN-Li3N-B体系中合成黑色立方氮化硼,研究了添加B的影响.结果表明,在合成的富硼cBN晶体中,没有其它杂质;体系中加入B使合成出的晶体晶形相更完整.过量的B进入晶体是晶体颜色由黄色变成黑色主要原因,硼的进入抑制了cBN晶体沿〈111〉方向生长而有利于沿〈100〉方向生长,由原来的板状晶体变成类八面体状或类球形晶体.用掺B的方法合成的黑色晶体比未掺B的黄色晶体具有更小的残余应力,破碎强度更高.     

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。     

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。     

添加剂LiF对FeNi粉末触媒合成金刚石的影响

研究了添加剂LiF对FeNi粉末触媒合成金刚石的影响.实验中将一定比例的无定形LiF、粉末直接添加到FeNi-C粉末体系中并均匀混合,利用高温高压条件,进行掺LiF合成金刚石的研究.实验结果表明,由于体系中LiF的掺入,对金刚石的合成条件没有明显的影响;借助X衍射测试发现,在高温高压下,体系中LiF的成份并没有发生变化;借助于光学显微镜发现,FeNi-LiF-C体系合成出的晶体晶形完整,但透明度变的很差且表面变得很粗糙,包裹体增多;通过扫描电子显微镜(SEM),对两种体系所合成金刚石表面的形貌进行了观察,发现FeNi-LiF-C体系所合成的晶体表面有凹坑出现.     

添加剂Si对纯Fe粉末触媒合成金刚石的影响

研究了添加剂Si对纯Fe粉末触媒合成金刚石的影响.实验中将一定比例的无定形Si粉直接添加到Fe-C粉末体系中并均匀混合,利用高温高压条件,进行掺Si合成金刚石的研究.实验结果表明,由于体系中Si的掺入,合成金刚石的最低压力点及温度明显降低,"V "形区发生了移动;并且考察了Fe-C、Fe-Si-C两种体系中合成金刚石的情况;借助于光学显微镜,发现Fe-Si-C体系合成出的晶体晶形完整,且多为八面体,颜色比Fe-C体系合成的晶体要浅,经红外光谱检测,Fe-Si-C体系合成出的晶体含氮量明显低于Fe-C体系所合成的晶体.     

三维石墨烯-碳纳米管/水泥净浆的压敏性能

为了探索三维石墨烯-碳纳米管(G-CNTs)/水泥净浆的压敏性能,采用四电极法研究了荷载作用下GCNTs/水泥净浆的电阻率变化,并分析不同G-CNTs掺量、加载幅度、加载速度以及恒定荷载对电阻率变化的影响。研究表明:随着G-CNTs掺量的增加,电阻率呈先减小后稳定的变化趋势,在G-CNTs掺量由0.2wt%增加至1.6wt%时,电阻率下降51.8%;电阻率与温度呈负相关;G-CNTs掺量高于0.8wt%时可以显著提高水泥净浆的压敏性能,且电阻率变化率与应力应变有明显的对应关系,1.2wt%G-CNTs掺量下试件的应力灵敏系数和应变灵敏系数分别为2.3%/MPa和291;G-CNTs/水泥净浆电阻率变化率幅值随着加载幅度增大而相应增加,其电阻率变化率曲线在不同加载速度以及恒定荷载作用下均与应力-应变曲线一一对应,具有良好的压敏特性。     

Fe+Ni+C体系合成粗颗粒金刚石单晶的生长特征

在配备有高精密化控制系统SPD6×1670T型国产六面顶压机上,采用Fe80Ni20粉末触媒和高纯石墨开展粗颗粒金刚石单晶的生长特征研究。在粉末触媒技术合成金刚石的基础上,引入旁热式组装,以及采用优选粒度的触媒,特别是通过优化合成工艺严格地控制了合成腔体内晶体的成核量及生长速度。最终,在高温高压条件下(约5.4GPa、1435℃)成功合成出尺寸达到0.95mm(18/20目)的优质的粗颗粒金刚石单晶,分析了粗颗粒金刚石的生长特征和晶体缺陷,期待研究的结果有助于我国高品级粗颗粒金刚石的发展。     

合成金刚石晶体缺陷的同步辐射形貌研究

采用同步辐射白光貌相术研究合成金刚石单晶体中的晶体缺陷,观察到晶体中存在籽晶,籽晶周围存在着大量的位错线.位错线起源于籽晶表面,终止于晶体表面.计算了位错束的空间走向和位错密度.分析了晶体的生长阶段和影响晶体缺陷的主要因素,指出通过减少籽晶表面的缺陷,保持生长条件的稳定,能够有效地降低合成金刚石晶体中缺陷的密度,提高合成金刚石晶体的完整性.     

测定含硼金刚石单晶颗粒电阻的方法

以铁基舍金掺杂FeB或B4C为触媒、石墨为碳源，在高温高压条件下合成了含硼金刚石单晶。测定了金刚石单晶颗粒在不同温度下的电阻并绘制出两参数之间的变化曲线。结果表明，当金刚石单晶中掺入硼时，其电阻大幅度降低，且电阻随温度的升高而下降，即存在负的电阻温度系数，表现出半导体材料的特性。     

含硼金刚石与普通金刚石半导体性及抗氧化性比较

通过在铁基合金中加入硼粉的方法,制成含硼量0.2%(质量分数)的Fe-Ni-C-B系触媒,用静压法合成含硼金刚石.研究了普通金刚石和含硼金刚石的形貌、晶体结构、电阻-温度曲线和抗氧化性.实验表明,合成的含硼金刚石具有良好的半导体性,电离能ΔE=0.368eV;起始氧化温度比普通金刚石高185℃,耐热性明显改善.此方法为低成本、大批量的制备半导体金刚石提供了新的途径.     

含硼金刚石单晶制备的研究进展

向人造金刚石中掺杂硼元素可以使金刚石获得比普通金刚石更为优异的物理和机械性能,同时还可以使金刚石具有半导体特性.国内外在含硼金刚石薄膜领域的研究较为深入,相对而言,在含硼金刚石单晶方面的研究较少,尤其是关于制备方法的研究.摸索总结出一种工艺简单、成本低廉、产品质量稳定的含硼金刚石制备方法对于丰富人造金刚石的品种,提高其品质,拓展其应用乃至从总体上提升我国人造金刚石行业的技术水平都有十分重要的意义.本文主要总结了目前国内外生产含硼金刚石单晶的七种方法,分析了他们各自的优缺点,同时简要介绍了作者所在课题组在含硼金刚石制备方法的研究方面所作的一些工作.本文指出了含硼金刚石单晶制备工艺进一步研究的方向和重点,同时对含硼金刚石单晶的应用前景作了展望.     

Ge2Sb2Te5材料与非挥发相转变存储器单元器件特性

对Ge2Sb2Te5材料的结构、形貌和电学特性进行了表征,将材料应用于不挥发存储单元器件中并研究了器件性能。研究了退火温度对薄膜电阻率的影响,发现在从高阻向低阻状态转变的过程中,电阻率下降的趋势发生变化,形成拐点,分析表明这是由于在拐点处结构由面心立方向密排六方结构转变所致;对不同厚度Ge2Sb2Te5薄膜的电阻率进行了分析,结果表明当厚度薄于70nm时,电阻率随厚度显著上升而迁移率下降,材料晶态电学性能的测量显示,材料有正电阻温度系数并以空穴导电;测量了Ge2Sb2Fe5非挥发相转变存储器单元的I-V曲线,发现有阈值特性,在晶态时电学特性呈欧姆特性,非晶态时I-V低场为线性关系,电场较高时呈指数关系。     

Synthesis, structure, and physical properties of boron-doped diamond

Microcrystalline boron-doped diamond powders consisting of octahedrally faceted crystals have been synthesized in the C-H-B system at a pressure of 8 GPa and temperatures above 2000 K. The presence of boron has been shown to reduce the parameters of diamond synthesis compared to the binary system C-H (naphthalene). One possible reason for the reduction in synthesis parameters is the formation of less perfect graphite in the boron system in an intermediate step of diamond synthesis. At B/(C + B) ratios of about 5–10 at % in the C-H-B (naphthalene + boron) system, superconducting diamond microcrystals have been synthesized.     

Effect of B/C ratio on the physical properties of highly boron-doped diamond films

Highly boron-doped diamond films were deposited on silicon substrate by hot filament chemical vapor deposition in a gas mixture of hydrogen and methane. The chemical bonding states, surface texture, and electrical resistivity of these films were analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy, scan electron microscope, and four-point probe method. It was found that boron dopants play an important role in the texture and chemical bonding states of the diamond films. An appropriate concentration of boron dopants (B/C ratio of 10 000 ppm) can simultaneously improve crystal quality and reduce resistivity of the diamond films. The minimum resistivity of diamond films reaches 1.12 × 10⁻² Ω cm, which is applicable as electrodes.     

Physical properties of CVD boron-doped multiwalled carbon nanotubes

The effects of boron doping and electron correlation on the transport properties of CVD boron-doped multiwalled carbon nanotubes are reported. The boron-doped multiwalled carbon nanotubes were characterized by TEM as well as Raman spectroscopy using different laser excitations (viz. 488, 514.5 and 647 nm). The intensity of the D-band laser excitation line increased after the boron incorporation into the carbon nanotubes. The G-band width increased on increasing the boron concentration, indicating the decrease of graphitization with increasing boron concentration. Electrical conductivity of the undoped and boron-doped carbon nanotubes reveal a 3-dimensional variable-range-hopping conductivity over a wide range of temperature, viz. from room temperature down to 2 K. The electrical conductivity is not found to be changed significantly by the present levels of B-doping. Electron Paramagnetic Resonance (EPR) results for the highest B-doped samples showed similarities with previously reported EPR literature measurements, but the low concentration sample gives a very broad ESR resonance line.     

高温高压合成含硼金刚石单晶制备工艺初探

本文以掺入不同含量硼铁的铁基合金为触媒,以石墨为碳源,在高温高压条件下合成了含硼金刚石单晶体.利用扫描电镜(SEM)观察了金刚石及触媒的组织形貌;利用金相显微镜观察了金刚石颗粒的颜色和形态;利用拉曼光谱仪(RS)确认了人造金刚石单晶体中硼的存在;利用低温电阻测量仪验证了合成的含硼金刚石单晶颗粒具有半导体性能.实验结果表明,在金刚石的合成中,触媒中硼铁含量为2wt%的合成效果相对最好.