【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所先進(jìn)激光與光電功能材料部激光晶體研究中心與南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院和浙江無限鉆科技發(fā)展有限公司合作，在硼摻雜金剛石的光電性能提升研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“Optical and electrical properties of CVD boron-doped diamond following HPHT annealing”為題發(fā)表于Diamond and Related Materials。
 

　　硼摻雜金剛石(BDD)因其優(yōu)異的性能，被視為極具潛力的半導(dǎo)體材料。然而，實(shí)現(xiàn)高效的p型導(dǎo)電性仍然具有挑戰(zhàn)性，在低硼摻雜濃度下相對較深的受主能級會產(chǎn)生較低的激活效率，限制室溫載流子濃度，而重?fù)诫s會導(dǎo)致雜質(zhì)散射和缺陷形成，從而降低遷移率。
 

　　研究團(tuán)隊(duì)通過微波等離子體化學(xué)氣相沉積(MPCVD)生長了不同硼摻雜濃度的金剛石，在5 GPa壓力、1100 – 2000 °C溫度范圍內(nèi)進(jìn)行高溫高壓退火，系統(tǒng)地研究了其光學(xué)和電學(xué)性能的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在適當(dāng)?shù)臈l件下，高溫高壓退火會使BDD載流子濃度增加一個數(shù)量級以上，電導(dǎo)率增加四倍以上，其效果強(qiáng)烈依賴于退火溫度和摻雜濃度。綜合光譜分析揭示了導(dǎo)致載流子退火溫度依賴行為的幾個因素，包括晶格應(yīng)變弛豫、硼束縛激子的修飾和氮空位中心轉(zhuǎn)變。此外，最佳退火溫度隨摻雜濃度顯著變化。這些發(fā)現(xiàn)表明，高溫高壓處理是克服BDD中摻雜限制的一種可行方法，可以推進(jìn)其在電子設(shè)備中的應(yīng)用。
 

　　相關(guān)工作得到國家自然科學(xué)基金的支持。
 

　　圖1 不同硼摻雜濃度的BDD樣品室溫電荷載流子濃度、遷移率和霍爾電阻率與退火溫度的關(guān)系。
 

　　圖2 不同退火溫度的BDD樣品 (a) 213 nm激發(fā)的低溫(10 K)光致發(fā)光光譜；(b) 532 nm激發(fā)的室溫(300 K)光致發(fā)光光譜。