《納米金剛石薄膜電漿生長摻硼機理與控制研究》是依託武漢工程大學，由熊禮威擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：納米金剛石薄膜電漿生長摻硼機理與控制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：熊禮威
- 依託單位：武漢工程大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米金剛石薄膜是一種寬禁帶半導體材料，以p型摻硼納米金剛石薄膜為基礎製作的電子器件能在高溫、高功率和強輻射下穩定運行，在高功率電晶體領域具有極好的套用前景。但其套用目前仍存在納米金剛石薄膜p型摻硼穩定性，特別是摻硼後空穴濃度、空穴遷移率及電子壽命等難以精確控制的問題亟待解決。本項目採用電漿診斷與材料性能檢測相結合的方法，利用電漿化學反應熱力學、薄膜生長及半導體摻雜相關理論，從生長摻硼過程中電漿內部發生的化學反應、薄膜在基片表面的形核生長及硼原子在薄膜中的運動等過程出發，重點探討納米金剛石薄膜電漿生長摻硼的內在機理，掌握影響納米金剛石薄膜生長摻硼的內在因素及其影響規律，並以全奔此為基礎指頸多去導納米金剛石薄膜的生長摻硼，實現納米金剛石薄膜p型摻硼穩定性的精確控制。通過本項目的研究，可望找出提高硼摻雜納米金剛石薄膜半導體性能的途徑，推動摻硼納米金剛石薄膜基半導體器件的發展。
結題摘要
金剛石具有一系列優異的半導體性能，是製作高頻、高功率、高電壓半導體器件的理想材料。本項凳危幾目選擇以納米金剛石（NCD）薄膜作為研究對象，利用NCD薄膜平整的表面和均一的表面電性能，設計以摻硼NCD薄膜為p型層的半導體器件。在項目實施過程中，主要進行了如下研究：（1）NCD薄膜本徵層的表面平整度最佳化。糠笑嫌一方面通過工藝最佳化，探索提高NCD薄膜表面平整度的途徑。結果表明：低的反應氣壓對生長金剛石（sp3）相含量較高的高質量NCD薄膜十分有利；較高的微波功率有利於減小晶粒尺寸、提高晶粒緻密度；較高的CH4濃度能夠提高二次成核速率。舉照晚姜另一方面進行了超納米金剛石（UNCD）薄膜的製備，結果表明：利用CH4/H2/Ar體系沉積的UNCD薄膜，其表面粗糙度都低於15nm，但Raman結果表明，該薄膜的金剛石相含量較低，不適合套用到半導體領域。（2）納米金剛石薄膜的微波電漿生長摻硼過程分析。朗繆爾探針診斷髮現，在C-H電漿體系中加入B2H6將會對朗繆爾探針診斷產生較大的干擾，不利於獲得準確的診斷數據；對C-H-B電漿系統進行電漿發射光譜診斷時，含硼基團的種戒閥和類和濃度很難界定，需要使用高端、昂貴的電漿發射光譜診斷系統才能獲得準確信息。（3）NCD薄膜生長摻硼過程的內在影響規律探討。結果表明：較高的摻雜溫度有利於獲得較好的表面堡婚鑽循電性能，但不利於薄膜的表面平整度，綜合本項目實驗結果發現，700 ℃為較好的摻雜溫度；在摻硼過程中，需要找到合適的硼烷濃度，並非硼烷濃度越高越好；隨著摻雜時間的增加，薄膜的表面平整性能逐漸變差，可以根據實際需要儘量縮短摻硼時間。通過本項目的研究，掌握了NCD薄膜沉積和生長過程摻硼的一系列影響規律，利用相關理論分析了相關微觀機理，獲得了表面粗糙度滿足半導體器件製作要求的NCD薄膜本徵層，實現了對納米金剛石薄膜生長摻硼整個過程的精確控制。項目研究成果將為納米金剛石薄膜基高溫、高功率電晶體的發展提供理論基礎，加快多晶金剛石膜半導體器件的發展步伐。
