B-Si共掺杂金刚石薄膜的结构和制备研究
发布时间：2021-03-20 16:26
为了考察硼硅（B-Si）共掺杂对金刚石薄膜的晶体结构和电子结构作用,本文采用第一性原理计算和微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）实验制备的方法,对硼硅共掺杂金刚石晶粒的形成能和硼硅共掺杂金刚石薄膜制备进行了研究。在理论计算方面,运用第一性原理计算的方法分别计算了Si置换掺杂、B置换掺杂和B-Si共掺杂金刚石的形成能和能带,不同价态和不同浓度的Si置换掺杂和B置换掺杂金刚石的形成能,不同空位的B置换掺杂和B-Si共掺杂金刚石的形成能,掺杂浓度为1.61%硼掺杂金刚石的离化能,并且延申计算了B置换掺杂进入碳化硅（SiC）的形成能和能带。在实验制备方面,在纳米种子溶液预处理基片上制备了金刚石薄膜的基础上,以四甲基硅烷和乙硼烷为掺杂源进行了B-Si共掺杂金刚石薄膜的制备,并通过原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）进行了表征。通过计算和实验,得到以下结果:计算结果表明,硼原子可以置换进入金刚石晶粒。硼原子掺入后,使金刚石由间接带隙变为直接带隙,并显示出p型半导体特性。在化学气相沉积工艺中硅原子难以进入金刚石晶粒。当硼硅共掺杂金刚石薄膜生长时可能出现金刚石和碳化硅两相,硼原子会倾向于...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金刚石的三维结构
内蒙古科技大学硕士学位论文-1-第一章引言1.1金刚石薄膜与掺杂金刚石是由碳元素构成[1]，碳原子的基态电子层结构为1s22s22p2，当碳原子对外作用时，将有一个2s电子激发到2p态的过程，此时碳原子的电子层结构可变为1s22s12px12py12pz1。当碳原子构成金刚石时，碳原子的2s、2px、2py、2pz四个轨道将会形成四个sp3杂化轨道，其对称轴指向四面体的四个角，形成了正四面体结构。其键长为0.154nm，键角为109°28"。正四面体的四个顶点方向和其他四个原子以C-C键结合，形成三维网格，如图1.1所示。图1.1金刚石的三维结构金刚石是一种由两个面心立方点阵沿立方晶胞的体对角线偏移14单位嵌套而成的晶体结构，如图1.2所示。纳米金刚石薄膜的掺杂是指在其中掺入少量其他元素或化合物，以使其产生特定的电学、磁学和光学特性，从而具有实际应用价值或特定用途的过程。图1.2金刚石晶格立体图1.2硼掺杂金刚石薄膜目前，硼掺杂金刚石膜是比较成功的一种掺杂方法[3][4]，硼掺杂金刚石膜具有许多优异的物理、化学性能，作为P型半导体薄膜，硼掺杂金刚石（BDD）薄膜能够
内蒙古科技大学硕士学位论文-3-图1.3不同浓度的硼掺杂金刚石薄膜的SEM形貌：(a)未掺杂；(b)3000ppm；(c)5000ppm；(d)7000ppm[8]吕等[9]采用DC-PCVD法进行了硼掺杂金刚石薄膜电极的制备与性能评价的研究，不同硼酸三甲酯的流量下制备的硼掺杂金刚石薄膜形貌有所不同。不同掺硼浓度的金刚石薄膜电极表面都是生长饱满完整的多晶金刚石膜，都是以(111)晶向生长为主，晶粒棱角清晰，表面比较平整，没有生长螺纹，晶粒之间的边界明显。其实验结果SEM检测结果如图1.4所示。图1.4不同硼酸三甲酯流量生长金刚石膜的表面形貌：(a)1sccm；(b)5sccm；(c)10sccm；(d)15sccm[9]硼原子可以很容易的代替金刚石中的碳原子形成置换固溶。有关的实验研究表明,适量的硼掺杂具有细化金刚石薄膜晶粒,降低薄膜内应力,提高薄膜质量等特点[10]。Liao等[11]采用热丝辅助化学气相沉积法制备了掺杂不同硼浓度的金刚石薄膜。薄膜中的载流子密度在3.4x1017到1.8x1021cm-3之间。随着硼含量的增加，平面缺陷密度显著降低，位错密度略有增加。在高硼含量的薄膜中，由二次成核引起的穿透孪晶是
【参考文献】：
期刊论文
[1]磷原子在金刚石（001）表面吸附和迁移的第一性原理研究[J]. 刘学杰,曹晔. 内蒙古科技大学学报. 2019(02)
[2]铈掺杂金刚石薄膜的研究[J]. 刘学杰,王宇晨,陆鹏飞. 河南科技大学学报(自然科学版). 2018(06)
[3]硅掺杂CVD金刚石薄膜（英文）[J]. 崔雨潇,张建国,孙方宏,张志明. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013(10)
[4]圆柱腔内微波等离子体激励的研究[J]. 廖斌,张莲,安同一,朱守正. 华东师范大学学报(自然科学版). 2005(02)
[5]金刚石膜的性质、应用及国内外研究现状[J]. 顾长志,金曾孙. 功能材料. 1997(03)
博士论文
[1]硼掺杂金刚石薄膜电极的制备与性能评价[D]. 吕江维.哈尔滨工业大学 2011
硕士论文
[1]硫掺杂金刚石薄膜的形成机理及其制备[D]. 孙海烽.内蒙古科技大学 2019
[2]硼掺杂金刚石薄膜涂层工具的制备和试验研究[D]. 姚成志.上海交通大学 2008
本文编号：3091301
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金刚石的三维结构
内蒙古科技大学硕士学位论文-1-第一章引言1.1金刚石薄膜与掺杂金刚石是由碳元素构成[1]，碳原子的基态电子层结构为1s22s22p2，当碳原子对外作用时，将有一个2s电子激发到2p态的过程，此时碳原子的电子层结构可变为1s22s12px12py12pz1。当碳原子构成金刚石时，碳原子的2s、2px、2py、2pz四个轨道将会形成四个sp3杂化轨道，其对称轴指向四面体的四个角，形成了正四面体结构。其键长为0.154nm，键角为109°28"。正四面体的四个顶点方向和其他四个原子以C-C键结合，形成三维网格，如图1.1所示。图1.1金刚石的三维结构金刚石是一种由两个面心立方点阵沿立方晶胞的体对角线偏移14单位嵌套而成的晶体结构，如图1.2所示。纳米金刚石薄膜的掺杂是指在其中掺入少量其他元素或化合物，以使其产生特定的电学、磁学和光学特性，从而具有实际应用价值或特定用途的过程。图1.2金刚石晶格立体图1.2硼掺杂金刚石薄膜目前，硼掺杂金刚石膜是比较成功的一种掺杂方法[3][4]，硼掺杂金刚石膜具有许多优异的物理、化学性能，作为P型半导体薄膜，硼掺杂金刚石（BDD）薄膜能够
内蒙古科技大学硕士学位论文-3-图1.3不同浓度的硼掺杂金刚石薄膜的SEM形貌：(a)未掺杂；(b)3000ppm；(c)5000ppm；(d)7000ppm[8]吕等[9]采用DC-PCVD法进行了硼掺杂金刚石薄膜电极的制备与性能评价的研究，不同硼酸三甲酯的流量下制备的硼掺杂金刚石薄膜形貌有所不同。不同掺硼浓度的金刚石薄膜电极表面都是生长饱满完整的多晶金刚石膜，都是以(111)晶向生长为主，晶粒棱角清晰，表面比较平整，没有生长螺纹，晶粒之间的边界明显。其实验结果SEM检测结果如图1.4所示。图1.4不同硼酸三甲酯流量生长金刚石膜的表面形貌：(a)1sccm；(b)5sccm；(c)10sccm；(d)15sccm[9]硼原子可以很容易的代替金刚石中的碳原子形成置换固溶。有关的实验研究表明,适量的硼掺杂具有细化金刚石薄膜晶粒,降低薄膜内应力,提高薄膜质量等特点[10]。Liao等[11]采用热丝辅助化学气相沉积法制备了掺杂不同硼浓度的金刚石薄膜。薄膜中的载流子密度在3.4x1017到1.8x1021cm-3之间。随着硼含量的增加，平面缺陷密度显著降低，位错密度略有增加。在高硼含量的薄膜中，由二次成核引起的穿透孪晶是
【参考文献】：
期刊论文
[1]磷原子在金刚石（001）表面吸附和迁移的第一性原理研究[J]. 刘学杰,曹晔. 内蒙古科技大学学报. 2019(02)
[2]铈掺杂金刚石薄膜的研究[J]. 刘学杰,王宇晨,陆鹏飞. 河南科技大学学报(自然科学版). 2018(06)
[3]硅掺杂CVD金刚石薄膜（英文）[J]. 崔雨潇,张建国,孙方宏,张志明. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013(10)
[4]圆柱腔内微波等离子体激励的研究[J]. 廖斌,张莲,安同一,朱守正. 华东师范大学学报(自然科学版). 2005(02)
[5]金刚石膜的性质、应用及国内外研究现状[J]. 顾长志,金曾孙. 功能材料. 1997(03)
博士论文
[1]硼掺杂金刚石薄膜电极的制备与性能评价[D]. 吕江维.哈尔滨工业大学 2011
硕士论文
[1]硫掺杂金刚石薄膜的形成机理及其制备[D]. 孙海烽.内蒙古科技大学 2019
[2]硼掺杂金刚石薄膜涂层工具的制备和试验研究[D]. 姚成志.上海交通大学 2008
本文编号：3091301
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