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      行業新聞
      單晶金剛石摻雜新工藝
      Time:2016-06-07 15:13:22   Page view:
       金剛石作為優越的半導體材料,廣泛應用于電子工業領域;在輸送和轉換功率的電子設備中,金剛石半導體更是起著不可替代的重要作用。隨著工藝發展對電子設備的極大需求,幾乎每個機械裝備都需要一套能夠傳輸、轉換和控制功率的電子設備。而近年來,科學家們也研發出了摻雜單晶金剛石的新工藝,推動了電子設備的進一步發展。
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             近日,美國威斯康星大學的電子計算機工程教授Zhengqiang (Jack) Ma及其同事在《應用物理》上發表了關于摻雜單晶金剛石的新工藝。
             金剛石熱導性能優越,具有散熱快的特點,這對功率電子設備的制備材料來說,是極佳的選擇,可以替代體型龐大且昂貴的傳統冷卻設備。在高壓高功率條件下,電流可以迅速通過金剛石材料,從而實現高效節能設備的研制和應用。
             但基于金剛石的電子設備制造有一個最大的技術挑戰,就是摻雜工藝。摻雜工藝是將其他元素材料融合到半導體材料中并改變其屬性的一種工藝。而金剛石晶體結構堅硬,摻雜工藝則較為困難。
             近年來,有研究者提出對金剛石進行鍍硼處理,然后加熱至1450℃,可以實現金剛石的摻雜;但最后很難將硼鍍層去除掉。且該工藝只對多晶金剛石有效。此外,由于多晶金剛石晶體具有不規則性,與之相比單晶金剛石則成為優越的半導體材料。
             在人工生長金剛石晶體的過程中對其注入硼原子,也可以實現摻雜,但該工藝所需的大功率微波又會降低單晶金剛石的品質。
             Zhengqiang (Jack) Ma及其同事通過一系列實驗,在較低溫度下實現了單晶金剛石摻硼技術,且無任何品質降低。工作人員發現,對硅片進行摻硼處理,然后和單晶金剛石鍵合并加熱至800℃,硼原子就會從硅片轉移到金剛石。實驗還發現,摻硼硅由于晶格結構缺失一個原子而出現空位缺陷,而來自金剛石的碳原子則會補缺這些缺陷,進而為轉移過來的硼原子留下空位。
             該技術還可以選擇性摻雜,從而更好的控制設備的制造工藝。只需在金剛石所需位置的碳空位上與硅鍵合,就可以實現單晶金剛石的摻雜。
             這種新型工藝只對P型摻雜有效,半導體材料被摻雜了一種能夠提供正載流子的元素。(該條件下,電子的缺失稱之為電洞)
             Zhengqiang (Jack) Ma對此評價:“我認為我們找到了一種簡易廉價而且高效的單晶金剛石摻雜工藝”。目前,工作人員利用P型單晶金剛石半導體材料在一臺簡易設備上成功進行了試驗。
             如果要制備晶體管等電子設備,則需要利用N型摻雜,賦予半導體材料負載流子。
             Zhengqiang (Jack) Ma又介紹到,實現P型摻雜目前是很重要的一個技術進步,這可以為其他研究者解決金剛石摻雜工藝方面的其他難題提供參考。其實,單晶金剛石在其他領域也有相當的應用,比如電網的電力傳輸系統等。

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