调控硼硫掺杂比实现金刚石n型转变的研究

金刚石半导体由于其特殊的机械性能使其在极端环境下有较广的应用前景. 虽然通过硼(B)元素掺杂较易得到p型金刚石半导体,但具有优异电学性能的n型半导体却鲜见报道. 硼、硫（S）原子因半径及外层电子互补,其协同掺杂易合成p型或n型半导体,但其物理机理尚不清晰.在课题组已有实验报道基础上,借助第一性原理探究了B-S不同比例单掺杂及共掺杂金刚石的形成能、晶体内的存在形式及电子结构,从原子尺度揭示了金刚石由p型向n型半导体转变的阈值掺杂比例. 通过实验与理论的对比发现B在晶格内趋向团聚,而过量的S掺杂则发生析出.     

人造多晶金刚石的热导率

目前,称为散热片的一些特殊类型金刚石在电子工业中开拓了新的应用领域,尤其是制作方便、易于成型的多晶金刚石散热片正在发展之中.本文就人造多晶金刚石的热导率作一初步探讨. 一、热导率及其测试1.热导率 材料散热性能的好坏由热导率来衡量,所以首先必须测量热导率. 从热传导     

半导体量子点及其应用(Ⅰ)

量子点，又称“人造原子”，它是纳米科学与技术研究的重要组成部分，由于载流子在半导体量子点中受到三维限制而具有的优异性能，构成了量子器件和电路的基础，在未来的纳米电子学、光电子学，光子、量子计算和生命科学等方面有着重要的应用前景，受到人们广泛重视，文章分为Ⅰ、Ⅱ两个部分：第Ⅰ部分介绍了半导体量子点结构的制备和性质；第Ⅱ部分介绍了量子点器件的可能应用。     

湖南现代河流砂矿金刚石的红外光谱测定及其源区指示

红外光谱分析可以有效地厘定金刚石类型和杂质成分，揭示金刚石形成的物理化学条件及其源区特征，约束金刚石的形成机制。对湖南现代河流砂矿金刚石红外光谱原位分析结果显示，样品以ⅠaAB型为主（93%），含有少量ⅠaA型（5%）、ⅠaB型（<1%）和Ⅱa型（1%）；大部分表现为中-低氮含量（35.0~436 μg·g-1）和中-低氮聚集度（3%~57%，平均转化率为37%），少数具有高氮特征（517~2 848 μg·g-1，甚至高达6 829 μg·g-1）。这些金刚石在地幔中的存储温度集中在1 100~1 230 ℃，与前人根据金刚石内包裹体矿物得出的形成温度基本一致。此外，它们在地幔中的存储时间普遍较短（大部分<0.2 Ga）。这些特点暗示湖南现代河流砂矿的金刚石可能主要形成于上地幔，其来源与超基性岩或榴辉岩有关；少数高氮含量、低聚集氮特征的金刚石的存在则显示它们与榴辉岩关系更密切。与扬子克拉通贵州原生金刚石红外光谱数据的对比显示，贵州金刚石以高比例极低氮含量的Ⅱa型金刚石为主（占约75%），同时具有破碎度大、表面熔蚀强烈等特点，表明其来源较深，且在岩浆上升过程中经历了高温熔蚀作用。红外光谱数据显示，湖南砂矿和贵州原生矿来源的金刚石形成深度及其地球化学环境存在明显的差异，可能是在扬子克拉通地幔不同深度范围或者不同阶段形成的产物。进一步分析表明，湖南砂矿金刚石和贵州原生金刚石可能构成了扬子克拉通内一个完整的金刚石形成序列，它们分别与不同源区或不同的地球化学环境相对应。前者搬运距离较短，推测其源区可能主要来自近源补给区。现代河流砂矿金刚石的红外光谱分析为进一步探索扬子克拉通金刚石的源区特征和形成环境提供了新的指示和约束。     

金刚石的性质与用途

金刚石晶体光怪陆离,美丽夺目,硬度极大,从远古就引起人们极大的注目.由于它还具有比热低、导热性好、机械强度大、抗腐蚀性能好、半导体性能和高温稳定性等优良性能,在生产技术和科学研究各方面有着广泛的用途. 金刚石的主要性质 根据金刚石的晶体形态,金刚石可分为单晶体、连生体和聚晶体.单晶体和连生体又可进一步分为平面单晶体、圆形单晶体,及平行连生体、不规则连生体等种类. 在天然金刚石中,最常见的金刚石晶体形伏为八面体,除此以外,还有凸八面体、凸十二面体、凸六面体及其聚形等. 人造金刚石比天然金刚石具有较明晰的晶■及顶角,…     

拉丝成品模用生长型多晶金刚石

人造多晶金刚石是研制大颗粒人造金刚石的一种重要途径,它制作方便,易于直接成型.目前在高温高压下有两种研制方法:一是由石墨合成金刚石,再由金刚石微粉烧结成多晶金刚石,即烧结型多晶金刚石(也称烧结型聚晶);另一就是由石墨直接一次生长成多晶金刚石,即生长型多晶金刚石(也称生长型聚晶). 人造多晶金刚石已在机械、地质、冶金、石油工业中广泛应用.近几年在电线、电缆行业中,也开始以人造金刚石拉丝模代替天然金刚石拉丝模和硬质合金模。天然金刚石模价格贵,资源少.硬质合金模耐磨性差,使用寿命短.所以,人造多晶金刚石拉丝模有着广阔的应…     

山东蒙阴金刚石多晶的显微红外光谱研究及其成因意义

山东蒙阴金刚石多晶可划分为多角刻面状和浑圆状金刚石多晶两大类,它们的显微红外光谱研究结果表明,金刚石多晶中的氮含量较低,介于16.69～72.81μg.g-1之间,且同一金刚石多晶的不同金刚石晶粒(或部位)中的氮含量不相同;刻面状金刚石多晶均为ⅠaAB型,且A心的浓度大于B心的浓度。浑圆状金刚石多晶也多为ⅠaAB型,但具有更高浓度的B心,且存在少数同时包含单替代氮、A心和B心的浑圆状金刚石多晶;金刚石多晶不是在金刚石颗粒的成核阶段所形成的,而是在金刚石长大期间或金刚石颗粒形成后的某个特殊条件下聚集而成;山东蒙阴金刚石多晶可能形成于氮浓度较低的较深部地幔。同时,多角刻面状金刚石多晶的形成时间稍晚于金刚石单晶体,浑圆状金刚石多晶的形成时间明显早于金刚石单晶体。     

物理学与新型(功能)材料专题系列介绍(Ⅰ) 金刚石薄膜能成为新一代半导体材料吗?

自从８０年代金刚石薄膜的低压化学汽相淀积获得成功以来，人们对用金刚石薄膜制作高温、高速和大功率器件产生了浓厚的兴趣，因为金刚石的禁带宽，载流子迁移率高，同时具有优异的热学、光学和力学性质．本文对金刚石的电子学特征和金刚石器件的研制现伏作了评述，对发展金刚石器件的若干问题特别是金刚石薄膜的ｎ型掺杂、金刚石膜的异质外延和降低缺陷浓度等作了分析和讨论．金刚石薄膜是一种潜在的新型半导体材料，但要实现器件应用尚需作大量的材料研究．     

腔内偏振元件对激光特性的影响

Nd:YAG固体激光器的偏振特性在许多实际应用中非常重要.特别是在非线性光学频率变换中,无论是实现Ⅰ类相位匹配还是Ⅱ类相位匹配的非线性光学晶体,对基频光的偏振特性都有一定的要求.研究了半导体激光侧向泵浦固体Nd:YAG激光器的偏振特性.实验测量了腔内镀膜偏振片和它们在腔内不同位置时对激光偏振特性的影响.消光比测量表明,...     

钙钛矿铁电半导体的光催化研究现状及其展望

钙钛矿材料可以分为ABO_3氧化物和或I)卤化物两大类,它们都具有丰富的物理性质和优异的光电性能,比如铁电性和光催化性能.本文介绍了和等铁电半导体光催化材料和异质结的制备方法,总结了它们在光电催化方面的研究进展.目前研究者已经针对氧化物光催化材料做了各种研究,包括:降低吸光层铁电材料的带隙,制备铁电/窄带半导体吸光层异质结,制备比表面积很大的纳米片、纳米棒或者其他纳米结构,以便吸收更多可见光;让铁电极化及其退极化场垂直于光催化工作电极表面,通过铁电/半导体异质结能带弯曲提供内电场,通过外电场进行光电催化,从而通过内、外电场高效分离光生-电子空穴对;通过光催化或者光电催化降解染料、分解水制氢、将CO2转换为燃料;通过铁电、热释电和压电协同效应提高催化效应和能量转换效率等卤素钙钛矿具有优异的半导体性质,其铁电性可能是引起超长的少数载流子寿命和载流子扩散长度的原因.通过优化光催化多层膜结构并添加防止电解液渗透的封装层可以避免被电解液分解,从而制备了具有很高能量转换效率的光电催化结构.最后,我们分析和比较了这些钙钛矿铁电半导体在光电催化领域面临的挑战,并展望了其应用前景.     

温度对Ib型和IIa型金刚石大单晶(100)表面特征的影响

本文在5.6 GPa, 1250–1340 ℃的条件下, 利用温度梯度法, 以FeNiMnCo 合金为触媒, 沿籽晶的(100)晶面成功合成了不同晶形的优质Ib型和IIa型金刚石大单晶. 利用激光拉曼附件显微镜, 分别对上述不同温度下合成的两类金刚石样品上表面(100)面的中心区域及棱角区域进行观察分析. 研究发现, Ib型和IIa型金刚石大单晶(100)晶面上从中心到棱角处黑色纹路的分布逐渐变黑变密集; 另外, 随着金刚石合成温度的升高, Ib型金刚石大单晶(100)面上黑色纹路由稀疏逐渐变稠密, 而IIa型金刚石大单晶的黑色纹路较为稀疏; Ib型金刚石大单晶的形貌特征表现为从低温晶体的不规则分布过渡到中温、高温晶体的典型树枝状分布. IIa型金刚石大单晶(100)面特征随温度变化规律与Ib型的类似. 这两类金刚石大单晶表面特征的差异可能是由于IIa 型金刚石具有比Ib型更小的生长速度和更少的氮含量. 最后, 对两类塔状金刚石大单晶进行拉曼光谱测试分析, 结果表明IIa型金刚石大单晶的品质较Ib型金刚石大单晶好.     

评<非平衡定态相图--人造金刚石的低压气相生长热力学>一书

<非平衡定态相图--人造金刚石的低压气相生长热力学>一书于2000年3月由科学出版社出版,这是复旦大学王季陶教授得到国家自然科学基金委员会优秀研究成果专著出版基金资助的出版物.书名中有两个关键词引人注目.其一是广为人知的"金刚石",自古以来它以其璀璨夺目而一直是人们心目中的宝石之王;到近代人们又认识到它是具有最高硬度和弹性模量的超硬材料,但它的其他优异性能和潜在的高技术应用还远超出一般人所知的范围.     

爆炸法人工合成金刚石

金刚石是自然界已知物质中硬度最高的一种,由于它具有特殊的物理、化学性能,因而在经济建设和国防工业中得到了广泛应用. 可是,在自然界中金刚石是十分稀缺的材料,我国现有的天然开采量是不能满足日益增长的工业建设之所需,除了采用静压法人工合成金刚石以外,还需不断探索新的合成途径.为此,中国科学院物理研究所和北京砂轮厂共同协作,以工人、技术人员、干部“三结合”的形式开展爆炸法人工合成金刚石的研究工作(国外这方面较早的工作见资料[1,2]).工作中以毛主席的哲学思想作指导,反复实践,目前已摸索出多种爆炸合成金刚石的装置,有些装置…     

Ag-In-Zn-S四元半导体纳米晶的可控制备及其在电致发光二极管中的应用

Ag-In-Zn-S四元半导体纳米晶(以下简称AIZS NCs)不仅具有传统半导体纳米晶带隙可调、发光效率高等优异的发光特性,同时凭借其低毒和合成工艺简单等优点,在发光二极管、生物医学和光电转换等领域得到了广泛应用,成为传统镉基半导体纳米材料的有力竞争者之一.本文通过一步反应法制备出发光性能良好的AIZS NCs,并通...     

氧化锌/金刚石薄膜异质结紫外光探测器

采用射频磁控溅射法在p型自支撑金刚石衬底上制备了高度c轴取向的n型氧化锌薄膜.研究了不同的溅射功率对氧化锌薄膜质量的影响.通过半导体特性分析系统测试了氧化锌/金刚石异质结的电流-电压特性,结果显示该异质结二极管具有良好的整流特性,开启电压约为1.6 V.在此基础上制备了结型紫外光探测器,并对其光电性能进行了研究.结果表...     

非对称型IGBT的低温特性研究

研究表明,半导体材料在低温环境下性能可以得到很大改善.功率MOSFET低温下的优异特性已被深入揭示.本文研究了NPT型IGBT在77～300K之间的特性,实验表明,低温下NPT型IGBT的通态压降,开关损耗都有明显下降,关断拖尾现象也得到明显改善,而门槛电压略有上升.在此基础上,分析了其低温特性的物理机制以及在超导领域的潜在应用.     

硼氢协同掺杂Ib型金刚石大单晶的高温高压合成与电学性能研究

在压力6.0 GPa和温度1600 K条件下, 利用温度梯度法研究了(111)晶面硼氢协同掺杂Ib型金刚石的合成. 傅里叶红外光谱测试表明: 氢以sp³杂化的形式存在于所合成的金刚石中, 其对应的红外特征吸收峰位分别位于2850 cm^-1和2920 cm^-1处. 此外, 霍尔效应测试结果表明: 所合成的硼氢协同掺杂金刚石具有p型半导体材料特性. 相对于硼掺杂金刚石而言, 由于氢的引入导致硼氢协同掺杂金刚石电导率显著提高. 为了揭示硼氢协同掺杂金刚石电导率提高的原因, 对不同体系进行了第一性原理理论计算, 计算结果表明其与实验结果符合. 该研究对金刚石在半导体领域的应用有重要的现实意义.     

Mn掺杂后三元黄铜矿结构半导体CuInTe2的缺陷特征与热电性能

三元黄铜矿结构(也称类金刚石结构)半导体是一类具有热电转换潜力的新型热电材料. 本次工作中采用电负性更小的Mn元素替换CuInTe₂黄铜矿结构半导体中的Cu元素, 设计制备贫Cu化合物Cu_1-xInMn_xTe₂. 研究表明, 当Mn含量较低时, Mn优先占位在In 位置产生受主缺陷Mn_In^-. 因此随着Mn含量的增大, 载流子浓度和电导率均得到改善. 但当Mn含量进一步增大后, Mn可同时占位在In位置和Cu位置, 除产生受主缺陷Mn_In^-外, 还能产生施主缺陷Mn_Cu⁺. 由于两类极性相反的缺陷之间的湮灭现象, 使得缺陷浓度及载流子浓度开始降低, 晶格结构畸变有变小趋势, 因此在高温下晶格热导率仅略有提高. 研究结果表明, 在某一特定的Mn含量(x=0.05)时, 材料具有最优的热电性能(ZT=0.84@810.0 K), 这一性能约是未掺杂CuInTe₂的2倍.     

Cu2ZnSnS4类四元硫族半导体的理论研究——以二元、三元、四元半导体的演化为思路

在过去60多年中,人们对半导体的研究集中在一元、二元和三元半导体方面,最近,出于寻找新型廉价、环保、高效光伏转换材料的需要,Cu2ZnSnS4类Ⅰ2-Ⅱ-Ⅳ- Ⅵ4型四元硫族半导体吸引了人们越来越多的关注,它在光催化和热电等多方面的应用也不断被发掘.然而,对于这类四元半导体的基本性质,如晶体结构和电子结构,人们知之甚少,很多研究还停留在经验阶段.文章首先简要回顾了这类半导体的由来和在应用方面的最新进展,然后详细介绍了文章作者对这类四元半导体的第一性原理计算研究工作的进展,其中包括:系统研究了这类硫族半导体在从二元向三元再向四元的演化过程中晶体结构和电子能带结构变化的规律,总结了元素成分对其影响的一般趋势,并结合实验结果分析了这类四元半导体晶格结构表征和带隙测量中易于出现的混淆;文章作者还以Cu2ZnSnS4为例,考察了这类四元化合物相对二元、三元化合物的相稳定性和本征缺陷性质.文章介绍的研究结果将为一系列Ⅰ2-Ⅱ-Ⅳ- Ⅵ4型四元半导体的深入研究提供基础.     

类金刚石薄膜的制备、特性及应用

利用射频等离子分裂碳氢气体制备的类金刚石膜,具有硬度高、耐蚀和良好的透红外光等特性.本文研究了类金刚石膜的红外、机械、结构及电学特性,给出该膜应用于红外装置中镀膜元件的光谱性能.并结合文中所用的制备方法,讨论了类金刚石膜在低温低压下的形成机制.