發(fā)布時間：2021-03-20 16:26

　　為了考察硼硅（B-Si）共摻雜對金剛石薄膜的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)作用,本文采用第一性原理計(jì)算和微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MPCVD）實(shí)驗(yàn)制備的方法,對硼硅共摻雜金剛石晶粒的形成能和硼硅共摻雜金剛石薄膜制備進(jìn)行了研究。在理論計(jì)算方面,運(yùn)用第一性原理計(jì)算的方法分別計(jì)算了Si置換摻雜、B置換摻雜和B-Si共摻雜金剛石的形成能和能帶,不同價態(tài)和不同濃度的Si置換摻雜和B置換摻雜金剛石的形成能,不同空位的B置換摻雜和B-Si共摻雜金剛石的形成能,摻雜濃度為1.61%硼摻雜金剛石的離化能,并且延申計(jì)算了B置換摻雜進(jìn)入碳化硅（SiC）的形成能和能帶。在實(shí)驗(yàn)制備方面,在納米種子溶液預(yù)處理基片上制備了金剛石薄膜的基礎(chǔ)上,以四甲基硅烷和乙硼烷為摻雜源進(jìn)行了B-Si共摻雜金剛石薄膜的制備,并通過原子力顯微鏡（AFM）、掃描電子顯微鏡（SEM）進(jìn)行了表征。通過計(jì)算和實(shí)驗(yàn),得到以下結(jié)果:計(jì)算結(jié)果表明,硼原子可以置換進(jìn)入金剛石晶粒。硼原子摻入后,使金剛石由間接帶隙變?yōu)橹苯訋?并顯示出p型半導(dǎo)體特性。在化學(xué)氣相沉積工藝中硅原子難以進(jìn)入金剛石晶粒。當(dāng)硼硅共摻雜金剛石薄膜生長時可能出現(xiàn)金剛石和碳化硅兩相,硼原子會傾向于... 

【文章來源】：內(nèi)蒙古科技大學(xué)內(nèi)蒙古自治區(qū)

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

金剛石的三維結(jié)構(gòu)

內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文-1-第一章引言1.1金剛石薄膜與摻雜金剛石是由碳元素構(gòu)成[1]，碳原子的基態(tài)電子層結(jié)構(gòu)為1s22s22p2，當(dāng)碳原子對外作用時，將有一個2s電子激發(fā)到2p態(tài)的過程，此時碳原子的電子層結(jié)構(gòu)可變?yōu)?s22s12px12py12pz1。當(dāng)碳原子構(gòu)成金剛石時，碳原子的2s、2px、2py、2pz四個軌道將會形成四個sp3雜化軌道，其對稱軸指向四面體的四個角，形成了正四面體結(jié)構(gòu)。其鍵長為0.154nm，鍵角為109°28"。正四面體的四個頂點(diǎn)方向和其他四個原子以C-C鍵結(jié)合，形成三維網(wǎng)格，如圖1.1所示。圖1.1金剛石的三維結(jié)構(gòu)金剛石是一種由兩個面心立方點(diǎn)陣沿立方晶胞的體對角線偏移14單位嵌套而成的晶體結(jié)構(gòu)，如圖1.2所示。納米金剛石薄膜的摻雜是指在其中摻入少量其他元素或化合物，以使其產(chǎn)生特定的電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)特性，從而具有實(shí)際應(yīng)用價值或特定用途的過程。圖1.2金剛石晶格立體圖1.2硼摻雜金剛石薄膜目前，硼摻雜金剛石膜是比較成功的一種摻雜方法[3][4]，硼摻雜金剛石膜具有許多優(yōu)異的物理、化學(xué)性能，作為P型半導(dǎo)體薄膜，硼摻雜金剛石（BDD）薄膜能夠

內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文-3-圖1.3不同濃度的硼摻雜金剛石薄膜的SEM形貌：(a)未摻雜；(b)3000ppm；(c)5000ppm；(d)7000ppm[8]呂等[9]采用DC-PCVD法進(jìn)行了硼摻雜金剛石薄膜電極的制備與性能評價的研究，不同硼酸三甲酯的流量下制備的硼摻雜金剛石薄膜形貌有所不同。不同摻硼濃度的金剛石薄膜電極表面都是生長飽滿完整的多晶金剛石膜，都是以(111)晶向生長為主，晶粒棱角清晰，表面比較平整，沒有生長螺紋，晶粒之間的邊界明顯。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果SEM檢測結(jié)果如圖1.4所示。圖1.4不同硼酸三甲酯流量生長金剛石膜的表面形貌：(a)1sccm；(b)5sccm；(c)10sccm；(d)15sccm[9]硼原子可以很容易的代替金剛石中的碳原子形成置換固溶。有關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究表明,適量的硼摻雜具有細(xì)化金剛石薄膜晶粒,降低薄膜內(nèi)應(yīng)力,提高薄膜質(zhì)量等特點(diǎn)[10]。Liao等[11]采用熱絲輔助化學(xué)氣相沉積法制備了摻雜不同硼濃度的金剛石薄膜。薄膜中的載流子密度在3.4x1017到1.8x1021cm-3之間。隨著硼含量的增加，平面缺陷密度顯著降低，位錯密度略有增加。在高硼含量的薄膜中，由二次成核引起的穿透孿晶是

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]磷原子在金剛石（001）表面吸附和遷移的第一性原理研究[J]. 劉學(xué)杰,曹曄.  內(nèi)蒙古科技大學(xué)學(xué)報. 2019(02)
[2]鈰摻雜金剛石薄膜的研究[J]. 劉學(xué)杰,王宇晨,陸鵬飛.  河南科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2018(06)
[3]硅摻雜CVD金剛石薄膜（英文）[J]. 崔雨瀟,張建國,孫方宏,張志明.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013(10)
[4]圓柱腔內(nèi)微波等離子體激勵的研究[J]. 廖斌,張蓮,安同一,朱守正.  華東師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2005(02)
[5]金剛石膜的性質(zhì)、應(yīng)用及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀[J]. 顧長志,金曾孫.  功能材料. 1997(03)

博士論文
[1]硼摻雜金剛石薄膜電極的制備與性能評價[D]. 呂江維.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011

碩士論文
[1]硫摻雜金剛石薄膜的形成機(jī)理及其制備[D]. 孫海烽.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 2019
[2]硼摻雜金剛石薄膜涂層工具的制備和試驗(yàn)研究[D]. 姚成志.上海交通大學(xué) 2008



本文編號：3091301