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硼氢协同掺杂Ib型金刚石大单晶的高温高压合成与电学性能研究

李勇 李宗宝 宋谋胜 王应 贾晓鹏 马红安

硼氢协同掺杂Ib型金刚石大单晶的高温高压合成与电学性能研究

李勇, 李宗宝, 宋谋胜, 王应, 贾晓鹏, 马红安
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  • 在压力6.0 GPa和温度1600 K条件下, 利用温度梯度法研究了(111)晶面硼氢协同掺杂Ib型金刚石的合成. 傅里叶红外光谱测试表明: 氢以sp3杂化的形式存在于所合成的金刚石中, 其对应的红外特征吸收峰位分别位于2850 cm-1和2920 cm-1处. 此外, 霍尔效应测试结果表明: 所合成的硼氢协同掺杂金刚石具有p型半导体材料特性. 相对于硼掺杂金刚石而言, 由于氢的引入导致硼氢协同掺杂金刚石电导率显著提高. 为了揭示硼氢协同掺杂金刚石电导率提高的原因, 对不同体系进行了第一性原理理论计算, 计算结果表明其与实验结果符合. 该研究对金刚石在半导体领域的应用有重要的现实意义.
      通信作者: 李宗宝, zongbaoli1982@163.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51172089)、贵州省教育厅自然科学基金重点项目(批准号: KY[2013]183) 和贵州省科技厅联合基金项目(批准号: LH[2015]7232, LH[2015]7233)资助的课题.
    [1]

    Li L, Xu B, Li M S {2008 Chin. Sci. Bull. 53 937

    [2]

    Li Y, Feng Y G, Jin H, Jia X P, Ma H A {2015 J. Synthetic Crystal 44 2984 (in Chinese) [李勇, 冯云光, 金慧, 贾晓鹏, 马红安 2015 人工晶体学报 44 2984]

    [3]

    Fang C, Jia X P, Chen N, Zhou Z X, Li Y D, Li Y, Ma H A 2015 Acta Phys. Sin. 64 128101 (in Chinese) [房超, 贾晓鹏, 陈宁, 周振翔, 李亚东, 李勇, 马红安 2015 物理学报 64 128101]

    [4]

    Li Y, Zhou Z X, Guan X M, Li S S, Wang Y, Jia X P, Ma H A 2016 Chin. Phys. Lett. 33 028101

    [5]

    Yan B M, Jia X P, Qin J M, Sun S S, Zhou Z X, Fang C, Ma H A {2014 Acta Phys. Sin. 63 048101 (in Chinese) [颜丙敏, 贾晓鹏, 秦杰明, 孙士帅, 周振翔, 房超, 马红安 2014 物理学报 63 048101]

    [6]

    Li Y, Jia X P, Song M S, Ma H A, Zhou Z X, Fang C, Wang F B, Chen N, Wang Y {2015 Modern Phys. Lett. B 29 1550162

    [7]

    Kalish R, Reznik A, Uzan-Saguy C, Cytermann C 2000 Appl. Phys. Lett. 76 757

    [8]

    Miyazaki T, Okushi H 2002 Diamond Relat. Mater. 11 323

    [9]

    Chrenko R M 1973 Phys. Rev. B: Solid State 7 4560

    [10]

    Ma Y M, Tse John S, Cui T, Klug Dennis D, Zhang L J, Xie Y, Niu Y L, Zou G T 2005 Phys. Rev. B: Condens. Matter 72 014306

    [11]

    Ekimov E A, Sidorov1 V A, Bauer E D, Mel'nik N N, Curro N J, Thompson J D, Stishov1 S M 2004 Nature 428 542

    [12]

    Zhang J Q, Ma H A, Jiang Y P, Liang Z Z, Tian Y, Jia X 2007 Diamond Relat. Mater. 16 283

    [13]

    Katayama Yoshida H, Nishimatsu T, Yamamoto T, Orita N {2001 J. Phys. Conderns. Matter 13 890

    [14]

    Chevallier J, Theys B, Lussonand A, Grattepain C, Deneuville A, Geeraert E 1998 Phys. Rev. B: Condens. Matter. Phys. 58 7966

    [15]

    Lombardi E B, Mainwood A, Osuch K 2003 Diamond Relat. Mater. 12 490

    [16]

    Zou Y G, Liu B B, Yao M G, Hou Y Y, Wang L, Yu S D, Wang P, Cui T, Zou G T, Sundqvist B, Wang G R, Liu Y C 2007 Acta Phys. Sin. 56 5172 (in Chinese) [邹永刚, 刘冰冰, 姚明光, 侯元元, 王霖, 于世丹, 王鹏, 崔田, 邹广田, Sundqvist B, 王国瑞, 刘益春 2007 物理学报 56 5172]

    [17]

    Coudberg P, Catherine Y 1987 Thin Solid Films 146 93

    [18]

    Mcnamara K M, Williams B E, Gleason K K, Scruggs B E 1994 J. Appl. Phys. 76 2466

    [19]

    Field J E 1992 The Properties of Natural and Synthetic Diamond vol. 36-41 (London: Academic) p81

    [20]

    Liang Z Z, Jia X P, Ma H A, Zang C Y, Zhu P W, Guan Q F, Kanda H 2005 Diamond Relat. Mater. 14 1932

    [21]

    Ma L Q, Ma H A, Xiao H Y, Li S S, Li Y, Jia X P 2010 Chin. Sci. Bull. 55 677

    [22]

    Li Y, Jia X P, Hu M H, Liu X B, Yan B M, Zhou Z X, Zhang Z F, Ma H A 2012 Chin. Phys. B 21 058101

  • [1]

    Li L, Xu B, Li M S {2008 Chin. Sci. Bull. 53 937

    [2]

    Li Y, Feng Y G, Jin H, Jia X P, Ma H A {2015 J. Synthetic Crystal 44 2984 (in Chinese) [李勇, 冯云光, 金慧, 贾晓鹏, 马红安 2015 人工晶体学报 44 2984]

    [3]

    Fang C, Jia X P, Chen N, Zhou Z X, Li Y D, Li Y, Ma H A 2015 Acta Phys. Sin. 64 128101 (in Chinese) [房超, 贾晓鹏, 陈宁, 周振翔, 李亚东, 李勇, 马红安 2015 物理学报 64 128101]

    [4]

    Li Y, Zhou Z X, Guan X M, Li S S, Wang Y, Jia X P, Ma H A 2016 Chin. Phys. Lett. 33 028101

    [5]

    Yan B M, Jia X P, Qin J M, Sun S S, Zhou Z X, Fang C, Ma H A {2014 Acta Phys. Sin. 63 048101 (in Chinese) [颜丙敏, 贾晓鹏, 秦杰明, 孙士帅, 周振翔, 房超, 马红安 2014 物理学报 63 048101]

    [6]

    Li Y, Jia X P, Song M S, Ma H A, Zhou Z X, Fang C, Wang F B, Chen N, Wang Y {2015 Modern Phys. Lett. B 29 1550162

    [7]

    Kalish R, Reznik A, Uzan-Saguy C, Cytermann C 2000 Appl. Phys. Lett. 76 757

    [8]

    Miyazaki T, Okushi H 2002 Diamond Relat. Mater. 11 323

    [9]

    Chrenko R M 1973 Phys. Rev. B: Solid State 7 4560

    [10]

    Ma Y M, Tse John S, Cui T, Klug Dennis D, Zhang L J, Xie Y, Niu Y L, Zou G T 2005 Phys. Rev. B: Condens. Matter 72 014306

    [11]

    Ekimov E A, Sidorov1 V A, Bauer E D, Mel'nik N N, Curro N J, Thompson J D, Stishov1 S M 2004 Nature 428 542

    [12]

    Zhang J Q, Ma H A, Jiang Y P, Liang Z Z, Tian Y, Jia X 2007 Diamond Relat. Mater. 16 283

    [13]

    Katayama Yoshida H, Nishimatsu T, Yamamoto T, Orita N {2001 J. Phys. Conderns. Matter 13 890

    [14]

    Chevallier J, Theys B, Lussonand A, Grattepain C, Deneuville A, Geeraert E 1998 Phys. Rev. B: Condens. Matter. Phys. 58 7966

    [15]

    Lombardi E B, Mainwood A, Osuch K 2003 Diamond Relat. Mater. 12 490

    [16]

    Zou Y G, Liu B B, Yao M G, Hou Y Y, Wang L, Yu S D, Wang P, Cui T, Zou G T, Sundqvist B, Wang G R, Liu Y C 2007 Acta Phys. Sin. 56 5172 (in Chinese) [邹永刚, 刘冰冰, 姚明光, 侯元元, 王霖, 于世丹, 王鹏, 崔田, 邹广田, Sundqvist B, 王国瑞, 刘益春 2007 物理学报 56 5172]

    [17]

    Coudberg P, Catherine Y 1987 Thin Solid Films 146 93

    [18]

    Mcnamara K M, Williams B E, Gleason K K, Scruggs B E 1994 J. Appl. Phys. 76 2466

    [19]

    Field J E 1992 The Properties of Natural and Synthetic Diamond vol. 36-41 (London: Academic) p81

    [20]

    Liang Z Z, Jia X P, Ma H A, Zang C Y, Zhu P W, Guan Q F, Kanda H 2005 Diamond Relat. Mater. 14 1932

    [21]

    Ma L Q, Ma H A, Xiao H Y, Li S S, Li Y, Jia X P 2010 Chin. Sci. Bull. 55 677

    [22]

    Li Y, Jia X P, Hu M H, Liu X B, Yan B M, Zhou Z X, Zhang Z F, Ma H A 2012 Chin. Phys. B 21 058101

  • [1] 李勇, 王应, 李尚升, 李宗宝, 罗开武, 冉茂武, 宋谋胜. 硼硫协同掺杂金刚石的高压合成与电学性能研究. 物理学报, 2019, 68(9): 098101. doi: 10.7498/aps.68.20190133
    [2] 房超, 贾晓鹏, 颜丙敏, 陈宁, 李亚东, 陈良超, 郭龙锁, 马红安. 高温高压下氮氢协同掺杂对{100}晶面生长宝石级金刚石的影响. 物理学报, 2015, 64(22): 228101. doi: 10.7498/aps.64.228101
    [3] 肖宏宇, 李尚升, 秦玉琨, 梁中翥, 张永胜, 张东梅, 张义顺. 高温高压下掺硼宝石级金刚石单晶生长特性的研究. 物理学报, 2014, 63(19): 198101. doi: 10.7498/aps.63.198101
    [4] 张莹, 曹建明, 田立飞, 秦杰明. 纯铁触媒合成磨料级金刚石及表征. 物理学报, 2011, 60(5): 058102. doi: 10.7498/aps.60.058102
    [5] 肖宏宇, 刘利娜, 秦玉琨, 张东梅, 张永胜, 隋永明, 梁中翥. B2O3添加宝石级金刚石单晶的生长特性. 物理学报, 2016, 65(5): 050701. doi: 10.7498/aps.65.050701
    [6] 刘银娟, 贺端威, 王培, 唐明君, 许超, 王文丹, 刘进, 刘国端, 寇自力. 复合超硬材料的高压合成与研究. 物理学报, 2017, 66(3): 038103. doi: 10.7498/aps.66.038103
    [7] 林雪玲, 潘凤春. 氮掺杂的金刚石磁性研究. 物理学报, 2013, 62(16): 166102. doi: 10.7498/aps.62.166102
    [8] 胡晓君, 李荣斌, 沈荷生, 何贤昶, 邓 文, 罗里熊. 掺杂金刚石薄膜的缺陷研究. 物理学报, 2004, 53(6): 2014-2018. doi: 10.7498/aps.53.2014
    [9] 姜胜林, 杨凤霞, 张端明, 邓宗伟, 徐 洁, 李舒丹. 基体电导率对0-3型铁电复合材料高压极化行为及损耗的影响. 物理学报, 2008, 57(6): 3840-3845. doi: 10.7498/aps.57.3840
    [10] 金志浩, 文潮, 孙德玉, 李迅, 关锦清, 刘晓新, 林英睿, 唐仕英, 周刚, 林俊德. 炸药爆轰法制备纳米石墨粉及其在高压合成金刚石中的应用. 物理学报, 2004, 53(4): 1260-1264. doi: 10.7498/aps.53.1260
    [11] 王应, 李勇, 李宗宝. B,N协同掺杂金刚石电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2016, 65(8): 087101. doi: 10.7498/aps.65.087101
    [12] 李荣斌. 同质与异质外延掺杂CVD金刚石薄膜的结构与性能. 物理学报, 2009, 58(2): 1287-1292. doi: 10.7498/aps.58.1287
    [13] 王凯悦, 朱玉梅, 李志宏, 田玉明, 柴跃生, 赵志刚, 刘开. 氮掺杂金刚石{100}晶面的缺陷发光特性. 物理学报, 2013, 62(9): 097803. doi: 10.7498/aps.62.097803
    [14] 颜丙敏, 贾晓鹏, 秦杰明, 孙士帅, 周振翔, 房超, 马红安. 氮氢共掺杂金刚石中氢的典型红外特征峰的表征. 物理学报, 2014, 63(4): 048101. doi: 10.7498/aps.63.048101
    [15] 房超, 贾晓鹏, 陈宁, 周振翔, 李亚东, 李勇, 马红安. 添加Fe(C5H5)2合成氢掺杂金刚石大单晶及其表征. 物理学报, 2015, 64(12): 128101. doi: 10.7498/aps.64.128101
    [16] 朱嘉琦, 檀满林, 张化宇, 朱振业, 韩杰才. 硼掺杂对四面体非晶碳膜电导性能的影响. 物理学报, 2008, 57(10): 6551-6556. doi: 10.7498/aps.57.6551
    [17] 王君卓, 李尚升, 宿太超, 胡美华, 胡强, 吴玉敏, 王健康, 韩飞, 于昆鹏, 高广进, 郭明明, 贾晓鹏, 马红安, 肖宏宇. Ib型金刚石大单晶的限形生长. 物理学报, 2018, 67(16): 168101. doi: 10.7498/aps.67.20180356
    [18] 肖宏宇, 秦玉琨, 刘利娜, 鲍志刚, 唐春娟, 孙瑞瑞, 张永胜, 李尚升, 贾晓鹏. 降温工艺对宝石级金刚石单晶品质的影响. 物理学报, 2018, 67(14): 140702. doi: 10.7498/aps.67.20180207
    [19] 秦玉琨, 肖宏宇, 刘利娜, 孙瑞瑞, 胡秋波, 鲍志刚, 张永胜, 李尚升, 贾晓鹏. 籽晶尺寸对宝石级金刚石单晶生长的影响. 物理学报, 2019, 68(2): 020701. doi: 10.7498/aps.68.20181855
    [20] 王万录, 廖克俊, 王蜀霞, 方亮, 孔春阳, 马勇. p型半导体金刚石膜的磁阻效应. 物理学报, 2001, 50(8): 1616-1622. doi: 10.7498/aps.50.1616
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-02-17
  • 修回日期:  2016-03-09
  • 刊出日期:  2016-06-05

硼氢协同掺杂Ib型金刚石大单晶的高温高压合成与电学性能研究

  • 1. 铜仁学院物理与电子工程学院, 铜仁 554300;
  • 2. 吉林大学超硬材料国家重点实验室, 长春 130012;
  • 3. 铜仁市文化科技产业创新研究中心, 铜仁 554300
  • 通信作者: 李宗宝, zongbaoli1982@163.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 51172089)、贵州省教育厅自然科学基金重点项目(批准号: KY[2013]183) 和贵州省科技厅联合基金项目(批准号: LH[2015]7232, LH[2015]7233)资助的课题.

摘要: 在压力6.0 GPa和温度1600 K条件下, 利用温度梯度法研究了(111)晶面硼氢协同掺杂Ib型金刚石的合成. 傅里叶红外光谱测试表明: 氢以sp3杂化的形式存在于所合成的金刚石中, 其对应的红外特征吸收峰位分别位于2850 cm-1和2920 cm-1处. 此外, 霍尔效应测试结果表明: 所合成的硼氢协同掺杂金刚石具有p型半导体材料特性. 相对于硼掺杂金刚石而言, 由于氢的引入导致硼氢协同掺杂金刚石电导率显著提高. 为了揭示硼氢协同掺杂金刚石电导率提高的原因, 对不同体系进行了第一性原理理论计算, 计算结果表明其与实验结果符合. 该研究对金刚石在半导体领域的应用有重要的现实意义.

English Abstract

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