掺硼金刚石膜的制备及其应用

金刚石虽然具有极为优异的性能,如具有很大的能隙,高的电子迁移率、空穴迁移率和高热导率,以及负的电子亲和势,但要将它用于半导体材料时还不能直接使用,必须要先进行金刚石的P型和n型掺杂。因此,研究金刚石的P型和n型掺杂具有很重要的现实意义。在金刚石薄膜中掺杂时,一般是掺入硼原子以实现P型掺杂,掺入氮原子或磷原子以实现n型掺杂。然而,由于N和P在金刚石中的施主能级太深,现在n型掺杂金刚石薄膜制备尚不成功,这是金刚石实用化的障碍。本文介绍了金刚石膜掺硼目的、方法和制备,总结了掺硼金刚石膜在微电子、电化学、光电子、工具等领域应用状况以及存在问题。     

金刚石芯LED中衬底及外延材料的研究进展

金刚石作为自然界中热导性最好的材料,在半导体行业的应用越来越广泛。随着LED行业的不断发展,金刚石芯LED也崭露头角。综述了自20世纪50年代以来,金刚石材料作为衬底和外延材料在半导体光电子领域的研究进展。主要从两个方面展开论述:金刚石作为衬底外延GaN的研究进展;以及金刚石本身作为外延材料制备成p-n结、p-i-n结、异质结等半导体器件的研究进展。这些研究充分体现了金刚石材料应用在LED产品中的可行性和优越性,以及应用在大功率LED芯片中的巨大潜力。     

金刚石N型掺杂的现状和问题

对金刚石中Ｌｉ、Ｎａ、Ｐ等可能的施主杂质，就施主能级、溶解度、稳定性、原子半径等几种特性参数与实现Ｎ型掺杂的关系做了分析和讨论；总结了金刚石三种掺杂方法的特点；并对金刚石Ｎ型掺杂中所得结果和存在的问题进行了分析和探讨。     

金刚石膜的磁阻效应和压阻效应

介绍了p型异质外延金刚石膜磁阻效应和压阻效应的特性及应用展望，阐述了目前理论和实验的研究状况，提出了今后有待进一步研究的问题。     

硅掺杂MOCVD氧化镓中的非故意掺杂效应:浅施主态（英文）

本文利用MOCVD外延生长了不同载流子浓度的高质量β-Ga₂O₃薄膜并通过变温霍尔测量和二次离子质谱(SIMS)分析研究了薄膜中的浅施主态.通过拟合提取出薄膜中存在的两个电离能分别为～36和～140 meV的施主能级.进一步研究发现非故意掺杂(UID)效应对这两个能级都有影响:第一个施主能级不仅来源于硅掺杂也来源于非故意碳掺杂取代Ga位,第二个施主能级主要来源于与非故意掺杂氢相关的双电荷缺陷.通过分析生长条件与施主态之间的关系结合密度泛函理论计算我们发现在生长过程中降低氧分压可能有助于降低UID效应.该工作为硅掺杂MOCVD β-Ga₂O₃薄膜载流子浓度的精确控制奠定了基础.     

氢氧等离子体预处理对单晶金刚石刻蚀坑的研究

采用自制的微波等离子体化学气相沉积装置,在高温高压法合成的金刚石的衬底上外延生长单晶金刚石。实验分为两步,首先用氢氧等离子体在生长之前进行预处理刻蚀,然后外延生长30 h。利用金相显微镜和激光拉曼光谱来表征单晶金刚石刻蚀坑以及外延生长的单晶金刚石质量。研究结果表明,氧会优先刻蚀籽晶表面的缺陷和位错,可以通过刻蚀坑密度来判断衬底质量,且经过预处理刻蚀能消除单晶金刚石表面的缺陷。籽晶表面经刻蚀后会出现平底型和尖锥型两种倒金字塔型刻蚀坑,且晶体表面的原本缺陷或由抛光造成起的缺陷会随刻蚀时间延长、刻蚀强度增大而消失。经过氢氧等离子体预处理外延生长的单晶中非金刚石相杂质含量较少,结晶性高。     

Mn离子注入Mg掺杂GaN的微结构和光学特性研究

通过Mn离子注入Mg掺杂GaN外延层制备了铁磁性GaN∶Mn薄膜,利用拉曼散射和光致发光谱研究了退火温度对薄膜微结构和光学特性的影响。拉曼谱测试显示由离子注入相关缺陷引起了新的声子模,分析认为Mn离子相关的局域振动(LVM)紧邻Ehigh2峰。光致发光谱观察到位于1.69,2.54和2.96eV的3个新的发光峰,分析认为2.96eV的发光峰来自MgGa-VN复合体深施主能级和Mg的浅受主能级之间的辐射复合跃迁,2.54eV的发光峰来自浅施主能级和深受主能级之间的辐射复合跃迁,对于位于1.69eV的新发光峰不排除来自MgGa-VN复合体深施主能级和Mn相关深受主能级之间辐射复合跃迁的贡献。     

ZnO薄膜p型掺杂的研究进展

ZnO是一种新型的II-VI族半导体材料,具有许多优异的性能.但由于ZnO存在诸多的本征施主缺陷(如空位氧V_o和间隙锌Zn_i),对受主产生高度自补偿作用,天然为n型半导体,难以实现p型转变.ZnO薄膜p型掺杂的实现是ZnO基光电器件的关键技术,也一直是ZnO研究中的主要课题,目前已取得重大进展,文章对此进行了详细阐述.     

ZnO材料和器件新进展

在体单晶生长方面，已能用水热法生长高质量3英寸ZnO晶片，也开发了布里支曼生长法。对于薄膜材料，可用液相外延生长出良好的ZnO薄层，其它类型的外延材料质量也在改进。已观察到量子霍尔效应，光荧光（PL）线宽窄至110ueV。在其杂质表征方面，已用放射性示踪法识别出PL谱中施主束缚激子线18和19，分别由杂质Ga和In所致。     

气态源分子束外延生长重碳掺杂p型InGaAs研究

采用气态源分子束外延(GSMBE)技术,以四溴化碳(CBr4)作为碳杂质源,系统研究了InP衬底上碳掺杂p型InGaAs材料的外延生长及其特性,在AsH3压力5.33×104Pa,生长温度500℃条件下获得了空穴浓度高达1×1020/cm3、室温迁移率为45cm2/Vs的重碳掺杂p型In0.53Ga0.47As材料。研究了CBr4和AsH3束流强度以及生长温度等生长条件对碳掺杂InGaAs外延层组份、空穴浓度和迁移率的影响,并对不同生长条件下的氢钝化效应进行了分析。     

同质外延CVD金刚石膜的室温边发射

利用高功率微波等离子体化学气相沉积方法及合适的预处理方法成功地合成了无生长丘的高品质金刚石膜，阴极荧光（CL）结果表明在本工作的同质外延金刚石膜中，边发射在室温下也是主峰之一。详细研究了室温下有异常粒子和无异常粒子的样品的CL谱和CL扫描图，发现边发射主要产生于无异常粒子区域。而大多数异常粒子主要对位于425nm的BandA发射起作用，因此抑制异常粒子的形成对提高同质外延金刚石摸的质量非常重要。     

金刚石的同质外延掺硼和Schottky特性

在＜１００＞取向的金刚石衬底上，用微波ＰＣＶＤ法进行同质外延，掺杂和Ｓｃｈｏｔｔｙ特性的实验研究，总结了反应气体，碳源浓度等因素对外延层形貌、结构的影响，Ｂ／Ｃ比对掺硼外延层结构、形貌和电学性能的影响，以及接触金属，温度对Ｓｃｈｏｔｔｋｙ特性的影响。     

P型半导体金刚石膜的磁阻

研究了p-型异质外延和同质金刚石膜的在不同温度和磁场下的磁阻,磁阻器件的结构为条形和圆盘形,实验结果表明磁阻强烈依赖于磁场、温度和样品的几何形状,圆盘结构的磁阻大于条形结构,条形结构的磁阻还取决于不同的长-宽比。利用F-S薄膜理论,计算磁场为5T时条形和圆盘结构的磁阻分别为0.38和0.74,讨论了霍耳效应对磁阻的影响。给出了形状效应的可能机制。     

Effects of Homo-buffer Layer on Properties of Sputter-deposited ZnO Films

Two-step growth regimes were applied to realize a homoepitaxial growth of ZnO films on freestanding diamond substrates by radio-frequency(RF)reactive magnetron sputtering method.ZnO buer layers were deposited on freestanding diamond substrates at a low sputtering power of 50 W,and then ZnO main layers were prepared on this buffer layer at a high sputtering power of 150 W.For comparison,a sample was also deposited directly on freestanding diamond substrate at a power of 150 W.The effects of ZnO buffer layers...     

等离子体法制备类金刚石膜的研究

等离子体法制备超微材料是比较理想的方法之一，采用等离子体法制备类金刚石膜，近年来有了很大的进展，通过比较可知；等离子体法可以在低温下进行化学合成反应，实现了低温化学气相反应过程。     

CVD金刚石薄膜的成核机理研究

利用热丝化学气相沉积 ,在预沉积无定形碳的硅镜面基底及表面研磨预处理的铜基底上 ,实现了金刚石薄膜的沉积 ,并由此讨论了金刚石的成核机理。研究表明 ,无定形碳是金刚石成核的前驱态 ;成核密度不仅与基底材料有关 ,更主要由基底的表面状态决定 ,基底表面状态的设计是改善成核密度的最有效的方法。     

金刚石膜内晶粒尺寸和取向对其热导率的影响

研究了金刚石膜内晶粒尺寸和取向程度对金刚石膜热导率的影响。通过对衬底表面进行不同研磨时间的处理和适当的工艺条件，采用灯丝热解化学气相沉积（ＨＦＣＶＤ）的方法在单晶硅衬底上形成了具有不同晶粒尺寸和不同程度（１００）晶面取向的金刚石膜，并研究了其热导率。结果表明，由大晶粒和较高程度（１００）晶面取向的晶粒构成的金刚石膜具有热导率特性。     

Shallow donors in diamond: Be and Mg

The electronic properties of the impurities Be, Mg and the hydrogen complexes Be–H, Mg–H in diamond have been investigated by first-principle calculations. It is found that the interstitial Be- or Mg- doped diamond are of n-type metal conductivity character. Even at low impurity concentration the doped diamond also appears n-type behavior. The further results indicate that the interstitial Be or Mg doping diamond should be synthesized at H-poor conditions to obtain the n-type material because most of hydrogen atom may result in interstitial Be- and Mg- doped diamond p-type semiconductor or insulator. The substitutional Be and Mg show acceptor behaviors and may compensate other interstitial donors in -diamond. Our results are very helpful to the research of n-type doping in diamond for the future experimental work.     

Local electrical properties of hydrogenated (001) and (111) surfaces of single crystalline diamond

The hydrogenation of Ib-type single crystalline diamond with grain size of several tens of micrometers, synthesized by high-pressure and high-temperature (HPHT) sintering, was carried out by hydrogen plasma treatment in a hot-filament chemical vapor deposition (HFCVD) system. After exposure to air, the surface conductivity of (001) and (111) facets of HPHT single crystalline diamond was measured. The influences of hydrogenation duration, temperature and gas pressure on the surface conductivity of (001) and (111) facets have been investigated. The measurement results show that the variation of hydrogenation conditions has a noticeable effect on the surface conductivity of single crystalline diamond, which is closely related to the formation of a chemical vapor deposition (CVD) regrowth layer on the facets induced by hydrogen plasma treatment process. In addition, (001) surface exhibits higher electrical conductivity than (111) surface, which is mainly attributed to less nitrogen concentration on the (001) surface than on the (111) surface.     

Structure and hardness of octahedral natural diamond single crystals depending on the HPHT treatment conditions

The structure evolution of octahedral natural diamond single crystals has been studied depending on the HPHT treatment using Raman scattering and infrared spectroscopy. It has been found that the formation of a polycrystalline diamond capsule around a single crystal at p = 8 GPa and T = 1500°C gives rise to a combined structural-stressed state in the single crystal due to its plastic strain. This state has been manifested by a significantly (more than double) broadening of the characteristic line of diamond (1332 cm^?1) in the Raman spectrum and the increase of a single crystal hardness from 105 to 120 GPa.