《金屬氧化物/金剛石異質結製備及其性能研究》是依託吉林大學，由成紹恆擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：金屬氧化物/金剛石異質結製備及其性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：成紹恆
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
金剛石同時具有眾多的優異性質，在半導體領域具有極大的套用潛力。金剛石與金屬氧化物，如氧化鋅（ZnO）,二氧化鈦（TiO2），結合製作異質結是金剛石半導體套用的重要研究課題。本項目擬利用磁控濺射法、水熱法方法在p型金剛石表面沉積ZnO及TiO2薄膜，製備氧化物/金剛石異質結，並測量、分析異質結的特性。利用異質結I-V、C-V特性和XPS光譜等手段分析異質結界面電荷分布和能帶結構。研究異質結特性與製備方法的關係，進而分析研究異質結界面狀態對異質結性能的影響。最佳化異質結製備方案，製作具有優異性能的ZnO/金剛石光電器件及TiO2/金剛石光催化器件。本項目的實施將深入理解氧化物/金剛石異質結的界面特性及對異質結性能的影響，有助於進一步獲得高性能金剛石相關的半導體器件，為其在高新技術領域的套用提供重要的實驗和理論依據。
結題摘要
金剛石作為重要的第三代半導體材料，具有極大的套用潛力。通過硼摻雜可以得到p 型導電金剛石材料，然而受制於較低的載流子激活率和遷移率，其性能距離真正實現半導體領域的套用仍有巨大差距，需要開展大量工作最佳化製備工藝。另一方面，金剛石的n型摻雜難題至今未取得突破。人們嘗試利用具有n型導電的金屬氧化物材料與硼摻雜金剛石構成異質結，並研究其可能的性質及套用。同時基於已有的p型摻雜技術，金剛石在多個領域的研究已經廣泛開展。 基於這種現狀，本項目製備了金剛石與氧化鎢異質結，獲得了性能優良的二極體；在p型摻雜金剛石單晶製備方面開展了大量研究，最佳化了生長工藝；利用硼摻雜金剛石開展了電化學套用研究，製備了性能良好的電化學探測器。 製備的n-WO3/p-diamond 異質結構具有良好的熱穩定性，從室溫到290 oC 都表現出了良好的整流特性。這項工作擴展了基於硼摻雜金剛石的異質結結構設計和套用。 通過調整製備參數，最佳化了硼摻雜金剛石單晶製備工藝，獲得的硼摻雜金剛石載流子濃度2×1017/cm3，載流子遷移率204 cm2/Vs，仍需開展大量研究工作，進一步最佳化工藝。 利用不同方法對硼摻雜金剛石表面進行修飾處理，製備了多種電化學電極。利用氫電漿刻蝕方法，獲得了表面分布納米坑及納米錐結構的薄膜，並將其套用於4-壬基苯酚的檢測，檢測極限高達0.26 nM；利用二次濺射退火方法，製備了金納米顆粒修飾的薄膜，並套用於多巴胺的檢測，相比傳統方法製備的同種電極，其檢測靈敏度得到提高，最終得到的電化學電極的檢測限濃度為3×10-6 mol/L；設計了巰基乙醇/適配體/金納米顆粒/硼摻雜金剛石的複合電極結構，用於製作雙酚A電化學感測器，其檢測限可達7.2×10-15 mol/L，是目前電化學方法中最低的。該工作對於製備原理簡單，操作方便，低成本的電化學檢測設備具有重要意義。 本項目開展的工作屬於p型摻雜金剛石的製備及套用領域的基礎研究，對於真正實現金剛石半導體材料的廣泛套用具有一定推動作用。
