基于外延掺硼金刚石结型器件的制作及性能研究

发布时间：2023-03-11 07:19

　　辐射伏特同位素电池(简称辐伏同位素电池)与目前使用的化学能和太阳能电池相比,具有使用寿命长、单位能量密度高、耐恶劣环境和免维护等优点,在太空、极地、深海和荒漠等特殊环境中具有巨大的应用潜力。与其他半导体材料相比,金刚石具有最宽的带隙、高载流子迁移率、最高的热导率、良好的化学惰性和优异的抗辐射性能,是用作辐伏同位素电池换能单元的最理想的候选材料。然而,基于金刚石的辐伏同位素电池换能单元研究较少,尤其是基于平面型肖特基势垒二极管的结型器件。本论文以用于辐伏同位素电池换能单元的结型器件研究为背景,详细研究了同质外延单晶金刚石膜的制备、表征及平面型肖特基势垒二极管设计与制作,有望为金刚石辐伏同位素电池的研究提供新路线。具体研究内容如下:(1)为了获得低缺陷密度和粗糙度的高质量电子级金刚石膜,设计了两种不同几何结构样品台(梯形和平面圆柱形样品台),对比了样品台结构对同质外延单晶金刚石膜生长的影响。结果表明:在同种生长条件下,平面圆柱形样品台生长的单晶金刚石膜具有更光滑的表面、低的缺陷密度和高的质量,更适合于生长用于制作器件的金刚石膜。(2)基于平面圆柱形样品台结构,采用硼烷为掺杂源,研究了掺杂金...

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 金刚石基辐伏同位素电池研究现状
    1.3 金刚石肖特基势垒二极管研究现状
        1.3.1 金刚石的掺杂
        1.3.2 金刚石肖特基势垒二极管
    1.4 课题研究意义及研究内容
        1.4.1 课题研究意义
        1.4.2 研究内容
2 实验设备及表征手段
    2.1 微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)系统
    2.2 磁控溅射镀膜系统
    2.3 表征手段
        2.3.1 金刚石质量表征
            2.3.1.1 激光拉曼光谱
            2.3.1.2 X射线衍射
        2.3.2 表面形貌表征
            2.3.2.1 光学显微镜
            2.3.2.2 原子力显微镜
        2.3.3 电学性能表征
            2.3.3.1 四点探针测试仪
            2.3.3.2 霍尔效应测试仪
            2.3.3.3 IV曲线测试系统
        2.3.4 其他表征手段(光学发射谱)
3 掺硼金刚石的制备与表征
    3.1 外延金刚石膜的生长工艺条件
        3.1.1 基片预处理
        3.1.2 CVD金刚石的生长参数
    3.2 样品台结构对单晶金刚石的影响
        3.2.1 不同样品台结构对生长速率和表面形貌的影响
        3.2.2 不同样品台结构对晶体质量的影响
        3.2.3 小结
    3.3 不同生长温度对掺硼单晶金刚石的影响
        3.3.1 不同生长温度对掺硼单晶金刚石表面形貌的影响
        3.3.2 不同生长温度对掺硼单晶金刚石晶体质量的影响
        3.3.3 不同生长温度对单晶金刚石导电性能的影响
        3.3.4 小结
    3.4 不同掺硼浓度对单晶金刚石的影响
        3.4.1 不同掺硼浓度对单晶金刚石表面形貌的影响
        3.4.2 不同掺硼浓度对单晶金刚石晶体质量的影响
        3.4.3 不同掺硼浓度对掺硼单晶金刚石电学性能的影响
        3.4.4 小结
    3.5 本章小结
4 平面型金刚石肖特基结的制作与性能测试
    4.1 金属半导体接触原理
        4.1.1 欧姆接触
        4.1.2 理想肖特基接触
        4.1.3 真实肖特基接触
        4.1.4 肖特基结的偏置
    4.2 肖特基结的结构设计
        4.2.1 金刚石肖特基结电极结构设计
        4.2.2 肖特基和欧姆接触金属电极材料的选择
            4.2.2.1 肖特基金属电极材料的选择
            4.2.2.2 欧姆金属电极材料的选择
    4.3 肖特基结的制作
        4.3.1 金刚石掺杂层的沉积
        4.3.2 金刚石掺杂层的表面氧化
        4.3.3 金属掩模版的设计
        4.3.4 金属掩模制作欧姆电极及退火
        4.3.5 肖特基电极的沉积
    4.4 不同掺杂浓度金刚石肖特基结型器件的电学性能测试
        4.4.1 整流性能
        4.4.2 肖特基势垒高度和理想因子
    4.5 本章小结
结论
展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果



本文编号：3759442