掺杂CVD金刚石薄膜的应力分析

在不同实验条件下，用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术在Si基体上制备了S掺杂和B-S共掺杂CVD金刚石薄膜，利用X射线衍射仪和拉曼光谱仪研究掺杂对CVD金刚石薄膜的应力影响.研究结果发现，随着S掺杂浓度的增加，薄膜中sp²杂化碳含量和缺陷增多，CVD金刚石薄膜压应力增加；小尺寸的B原子与大尺寸的S原子共掺杂时，微量B的加入改变了CVD金刚石薄膜的应力状态，共掺杂形成B-S复合体进入金刚石晶体后降低金刚石晶体的晶格畸变程度，减少S原子在晶界上偏聚数量和晶体中非金刚石结构相含量，降低由于杂质、缺陷及sp²杂化碳含量产生的晶格畸变和薄膜压应力，提高晶格完整性. 关键词： 金刚石薄膜 掺杂 应力     

用EPR方法研究人造金刚石中杂质氮

 本文用电子顺磁共振（EPR）方法，研究人造金刚石中氮的电子结构。提出用自旋浓度来表征氮含量的方法，并对不同方法制得的金刚石进行测定。     

同质与异质外延掺杂CVD金刚石薄膜的结构与性能

采用化学气相沉积(CVD)技术,以高温高压(HTHP)合成的(100)金刚石和p型(100)Si为衬底制备了硫掺杂和硼-硫共掺杂金刚石薄膜,利用原子力显微镜(AFM)、扫描隧道显微镜(STM)及隧道电流谱(CITS)等手段分析同质和异质外延CVD掺杂金刚石薄膜的结构和性能.结果表明:异Si衬底上CVD金刚石的形核密度低,薄膜表面比较粗糙,粗糙度达到18.5nm;同质HTHP金刚石衬底上CVD金刚石薄膜晶粒尺寸约为10—50nm,表面平整,表面粗糙度为1.8nm.拉曼测试和电阻测量的结果显示,在HTHP金刚 关键词： 金刚石 掺杂 外延     

金刚石薄膜电致发光研究

报道了金刚石薄膜电致发光现象.为进一步提高金刚石薄膜蓝区电致发光强度,分别采用了硼氮双掺杂法和稀土掺杂法制备出了金刚石薄膜电致发光器件,并采用低电容率的本征金刚石薄膜和氧化硅薄膜为绝缘层的夹层式器件结构.研究结果显示:采用稀土铈掺杂可以有效地提高金刚石薄膜蓝区电致发光强度,其蓝区最大电致发光强度可达3.5 cd/m2;采用低电容率绝缘膜的夹层式结构,能有效地提高电子进入发光层时的能量,并有助于提高器件发光的稳定性和发光寿命.     

彩色金刚石中过渡金属离子的谱学研究

过渡金属镍、钴和铁是高温高压法合成金刚石的常用触媒,已有研究表明：采用镍、钴作触媒所合成的金刚石中存在镍、钴离子,部分天然金刚石含有镍离子;镍、钴离子以替代方式或间隙形式进入金刚石的晶格,并能与杂质氮形成复合体。为了探寻彩色金刚石中过渡金属离子存在的谱学标志,确定镍、钴离子在彩色金刚石中的赋存状态,文章对6颗彩色天然与合成金刚石进行了扫描电镜-能谱、显微红外光谱、光致发光谱、电子顺磁共振谱(EPR)等测试研究。结果表明天然与合成的样品都具有与镍、钴有关的发光中心与EPR结构：包括西澳的蓝灰色天然金刚石中与镍有关的884.6 nm等发光中心,以及天然变色金刚石中与钴有关的发光中心。对各种谱学测试结果的综合分析,得出样品中存在镍、钴离子并与杂质氮形成各种Ni-N或Co-N复合体的结论,其中在天然金刚石中发现钴离子在该领域研究中尚属首次。     

非故意掺杂4H-SiC外延材料本征缺陷的热稳定性

采用电子顺磁共振（ESR）和低温光致发光（PL）技术,研究了退火温度对低压化学气相沉积法（LPCVD）制备的非故意掺杂 4H-SiC材料中本征缺陷稳定性的影响.结果发现,当退火时间为10 min和30 min时,本征缺陷浓度均随着退火温度的升高而增大,当退火温度达到1573 K时材料中本征缺陷浓度达到最大,继续升高退火温度将使材料中本征缺陷浓度迅速降低.退火温度对材料中本征缺陷的影响主要是由于退火中本征缺陷的稳定化过程及本征缺陷之间发生强烈的相互作用引起的. 关键词： 高温退火 本征缺陷 电子顺磁共振谱 光致发光     

氮掺杂的金刚石磁性研究

采用第一性原理计算方法研究金刚石中由空位或者N掺杂引起的磁特性. 发现-1价和-2 价的碳空位能分别产生3 μ_B和2μ_B的磁矩; -2价的碳空位能够引发长程有序的铁磁耦合状态, 而-1价的碳空位更倾向于反铁磁耦合.掺杂N元素能有效地控制空位的荷电状态及相应的磁相互作用, 这一结果为在金刚石中实现非过渡族金属掺杂的铁磁性提供了一条新的路径. 关键词： 第一性原理计算 氮掺杂 金刚石 磁性     

热灯丝CVD金刚石膜硼掺杂效应研究

利用Ｒａｍａｎ谱和Ｘ射线衍射微分析研究了金刚石膜硼掺杂效应．研究发现，在硼浓度较低时，金刚石膜中非晶碳（Ｓｐ²键合）含量减少，而随着硼浓度增加，金刚石膜的Ｒａｍａｎ特征峰（Ｓｐ^３）向低频方向漂移，并且展宽和出现不对称．这是由于硼掺杂引起晶格变化及Ｆａｎｏ互作用所致 关键词：     

掺稀土Ce的金刚石薄膜光致发光研究

制备了不同注入剂量的Ce^3 掺杂金刚石薄膜，研究了其光致发光特性，得到了发光主峰位于蓝紫区（421nm和462nm处）的光发射。实验中发现随着Ce^3 注入剂量的增加，器件光致发光的强度也逐渐增加，这些实验现象作了解释。     

Enhanced field emission characteristics of boron doped diamond films grown by microwave plasma assisted chemical vapor deposition

Boron doped diamond films were synthesized on silicon substrates by microwave plasma chemical vapor deposition (MPCVD) technique. The effect of B₂O₃ concentration varied from 1000 to 5000 ppm on the field emission characteristics was examined. The surface morphology and quality of films were characterized by scanning electron microscope (SEM) and Raman spectroscopy. The surface morphology obtained by SEM showed variation from facetted microcrystal covered with nanometric grains to cauliflower of nanocrystalline diamond (NCD) particles with increasing B₂O₃ concentration. The Raman spectra confirm the formation of NCD films. The field emission properties of NCD films were observed to improve upon increasing boron concentration. The values of the onset field and threshold field are observed to be as low as 0.36 and 0.08 V/μm, respectively. The field emission current stability investigated at the preset value of ∼1 μA is observed to be good, in each case. The enhanced field emission properties are attributed to the better electrical conductivity coupled with the nanometric features of the diamond films.     

CVD金刚石中的氮对等离子体刻蚀的影响

采用非对称磁镜场电子回旋共振等离子体分别对沉积过程中掺氮和未掺氮的化学气相沉积金刚石膜进行了刻蚀研究, 结果表明: 掺氮制备的金刚石膜的刻蚀主要集中在晶棱处, 经过4h刻蚀后其表面粗糙度由刻蚀前的4.761 μm下降至3.701 μm, 刻蚀对金刚石膜的表面粗糙度的影响较小; 而未掺氮制备的金刚石膜的刻蚀表现为晶面的均匀刻蚀, 晶粒坍塌,刻蚀4h后其表面粗糙度由刻蚀前的3.061 μm下降至1.083 μm. 刻蚀导致表面粗糙度显著降低. 上述差别的主要原因在于金刚石膜沉积过程中掺氮导致氮缺陷在金刚石晶棱处富集, 晶棱处电子发射加强, 引导离子向晶棱运动并产生刻蚀, 从而加剧晶棱的刻蚀. 而未掺氮金刚石膜,其缺陷相对较少且分布较均匀 ,刻蚀时整体呈现为 (111) 晶面被均匀刻蚀继而晶粒坍塌的现象. 关键词： 掺氮 金刚石膜 刻蚀 非对称磁镜场     

Dependence of reaction pressure on deposition and properties of boron-doped freestanding diamond films

In this paper, we investigate the reaction pressure-dependent growth and properties of boron-doped freestanding diamond films, synthesized by hot filament chemical vapor deposition (HFCVD) at different boron-doping levels. With the decrease in pressure, the growth feature of the films varies from mixed [1 1 1] and [1 1 0] to dominated [1 1 1] texture. The low reaction pressure, as well as high boron-doping level, results in the increase (decrease) of carrier concentration (resistivity). The high concentration of atomic hydrogen in the ambient and preferable [1 1 1] growth, due to the low reaction pressure, is available for the enhancement of boron doping. The estimated residual stress increases with increase in the introducing boron level.     

Ultra‐sharp boron interfaces for delta doped diamond structures

Delta doping of diamond constitutes a very promising route to fabricate novel generation of high power and high frequency electronic devices. However, the achievement of abrupt interfaces between highly boron doped and undoped layers requires the shortest residence times of reactive species in the substrate vicinity. We report here on an innovative gas injection system especially designed to reduce this residence time. This technique was applied to fabricate sharp rising and decaying boron interfaces. According to SIMS profiles, the sharpest profiles were obtained on decaying interfaces exhibiting doping gradients close to 1.5 nm per decade over five decades of boron concentrations, namely from 10¹⁶ to 10²¹ atoms/cm³. (© 2012 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Impact of nitrogen doping on growth and hydrogen impurity incorporation of thick nanocrystalline diamond films

A much larger amount of bonded hydrogen was found in thick nanocrystalline diamond(NCD) films produced by only adding 0.24% N2 into 4% CH4 /H2 plasma,as compared to the high quality transparent microcrystalline diamond(MCD) films,grown using the same growth parameters except for nitrogen.These experimental results clearly evidence that defect formation and impurity incorporation(for example,N and H) impeding diamond grain growth is the main formation mechanism of NCD upon nitrogen doping and strongly support the model proposed in the literature that nitrogen competes with CH x(x=1,2,3) growth species for adsorption sites.     

氧离子注入微晶金刚石薄膜的微结构与光电性能研究

本文系统研究了氧离子注入剂量和退火温度对含有Si-V发光中 心的微晶金刚石薄膜的微结构和光电性能的影响. 结果表明, 氧离子注入并在较高温度退火有利于提高薄膜中Si-V中心的发光强度. 当氧离子注入剂量从10¹⁴ cm^-2增加到10¹⁵ cm^-2时, 薄膜中Si-V发光强度增强. Hall效应测试结果表明退火后薄膜的面电阻率降低. 不同温度退火时, 氧离子注入薄膜的Si-V发光强度较强时, 薄膜的面电阻率增加, 说明Si-V发光中心不利于提高薄膜的导电性能. Raman光谱测试结果表明, 薄膜中缺陷数量的增多会增强Si-V的发光强度, 而降低薄膜的导电性能. 关键词： 金刚石薄膜 氧离子注入 电学性能 Si-V缺陷     

金刚石膜α粒子探测器的电学性能研究

从外加偏压、预辐照处理等方面对三明治结构金刚石膜探测器在α粒子辐照下的电学性能进行了研究.电流-电压特性和脉冲高度分布测试和分析表明，金刚石膜探测器在能量为5.5MeV的²⁴¹Am α粒子辐照一定时间后，其暗电流有所增加.探测器顶电极施加负偏压时，在α粒子辐照下得到的净电流和信噪比均较大.Raman光谱测试表明，造成上述现象的原因很可能是金刚石膜厚度方向的不均匀性分布.负偏压下探测器对α粒子的能量分辨率为25.0%，优于正偏压下的能量分辨率(38.4%).随着α粒子辐照时间的延长，探测器的净电流和电荷收集效率均有明显增加. 关键词： 金刚石薄膜 辐射探测器 电学性能 脉冲高度分布