金剛石屬于新一代的超寬禁帶半導(dǎo)體材料。金剛石具有禁帶寬度大、載流子遷移率高、擊穿場強高、熱導(dǎo)率高、硬度大、化學(xué)穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)異的性能,因此也被稱為“終極半導(dǎo)體”。金剛石在高頻大功率器件、光學(xué)窗口、高能粒子探測器、量子信息、生物傳感器等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力,但是目前仍然存在單晶面積小、生產(chǎn)成本高、摻雜困難等問題。高品質(zhì)單晶金剛石目前主要是基于高溫高壓（HPHT）法合成的金剛石襯底進行同質(zhì)外延生長而獲得的。HPHT方法很難獲得大尺寸單晶,這嚴重限制了外延單晶金剛石的尺寸,所以有必要對單晶金剛石進行擴大生長研究,獲得高純度、高質(zhì)量、大尺寸的單晶金剛石。金剛石常用的硼（B）和磷（P）摻雜劑的激活能分別為0.37 eV和0.62 eV,激活能高、室溫下難以有效電離。金剛石表面經(jīng)過氫等離子體處理并暴露在空氣中以后會在金剛石表面形成一層濃度在10¹²¹0¹⁴cm^-2的二維空穴氣,但這層導(dǎo)電層具有不穩(wěn)定的問題,因此基于氫終端表面的金剛石實現(xiàn)高性能、高穩(wěn)定性的場效應(yīng)晶體管器件仍然需要不斷的努力�；谏鲜鲅芯勘尘�... 

【文章來源】：西安電子科技大學(xué)陜西省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

金剛石結(jié)構(gòu)原理圖

成本和技術(shù)難度會隨著反應(yīng)室尺寸的增大而指數(shù)型增加，這使得 HPHT 技術(shù)很難獲得大尺寸的單晶。圖1.2 包含不同晶向的 HPHT 生長的單晶金剛石襯底CVD 技術(shù)突破了生長單晶金剛石過程中腔體尺寸的限制，并且能夠在低壓和較低的溫度下實現(xiàn)金剛石的外延生長。非常適合低成本生長可用于電子器件等領(lǐng)域的高質(zhì)量、低雜質(zhì)、大面積的金剛石材料。現(xiàn)有的 CVD 設(shè)備，已經(jīng)具有能夠生長最大 6英寸或者更大面積金剛石的能力。CVD 外延單晶金剛石主要是在金剛石同質(zhì)襯底上進行的，同質(zhì)外延過程中，外延材料會繼承來自襯底的延伸結(jié)構(gòu)缺陷，因此想要獲得低缺陷的 CVD 外延單晶金剛石需要高質(zhì)量的單晶金剛石襯底。1968 年，B. V. Derjaguin 等人首次報道了在低壓條件下合成金剛石[3]。此后，科學(xué)家們一直致力于開發(fā)生長高質(zhì)量、大面積、低成本的金剛石生長技術(shù)。到了 20 世紀 80 年代，隨著 CVD 合成金剛石技術(shù)的發(fā)展和進步，合成金剛石在各個領(lǐng)域的可能應(yīng)用逐漸被發(fā)現(xiàn)

[15]。圖1.3 側(cè)向外延擴大金剛石尺寸的生長原理示意圖圖1.4 克隆拼接法實現(xiàn)大尺寸單晶金剛石原理圖隨著生長速率和材料質(zhì)量的提高，低成本、大面單晶金剛石的實現(xiàn)成為了研究的熱點。2009 年，Y. Mokuno 等人[16]將金剛石三維生長技術(shù)與剝離技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了12.6×13.3×3.7 mm3的單晶金剛石，如圖 1.3 所示，他們使用六個面均為（100）的金剛石襯底，先分別在襯底的側(cè)面進行生長，擴大襯底的面積，然后拋光后在擴大后的金剛石上表面進行垂直方向的外延，得到了大面的單晶金剛石。2010 年[17]他們又生長了厚度達到 9 mm 的單晶金剛石

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Ar對微波等離子體CVD單晶金剛石生長的影響[J]. 林曉棋,滿衛(wèi)東,呂繼磊,張瑋,江南.  人工晶體學(xué)報. 2015(02)

博士論文
[1]原子層沉積技術(shù)在光電轉(zhuǎn)換器件表、界面中的研究[D]. 盧豪.蘇州大學(xué) 2017



本文編號：3253244