纳米金刚石薄膜的n型掺杂新方法与色心调控

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纳米金刚石薄膜的n型掺杂新方法与色心调控，材料基础科学、材料前沿热点、信息电子材料、复合材料、无机非金属材料。

关键词: 纳米金刚石薄膜、n型电导、SiV色心

目录

应用领域

半导体行业、量子通信电子工业、国防军工、航空航天等

成果简介

(1)发展了纳米金刚石的n型掺杂新方法。金刚石禁带宽，其n型掺杂十分困难。国内外研究者基于现有的单晶硅掺杂理论体系，在单晶、微晶金刚石上开展了长期的掺杂研究，都没有获得良好的n型电导，导致难以制备性能良好的pn结，金刚石半导体器件的发展停滞不前。本成果针对这一难题，开展了20余年的深入研究，发展了有别于现有硅单晶掺杂理论体系的高迁移率n型纳米金刚石薄膜的掺杂新方法，研制了新颖结构的晶粒密堆积n型膜，组装了纳米金刚石薄膜基pn结原型器件，为金刚石基半导体器件研制提供新范式，可望形成新的学科前沿热点。

(2)创建了纳米金刚石中构建色心的多种新方法。针对金刚石中色心数量调控困难的问题，提出氧等离子体精确调控纳米金刚石的晶粒尺寸制备单个色心的研究思路，成功制备室温下发光的含有少于 3 个 SiV 色心的纳米金刚石；揭示了纳米金刚石表面 C=O 键提高发光强度的内在机理，被认为是提高 SiV 发光强度的普适性方法。该研究将有力促进量子通信的发展。

经济效益与社会效益

金刚石被誉为“终极半导体材料”，其在电子工业中的应用将带来小型、节能、高效的各类电子器件，引发信息技术的新一轮革命。金刚石n型掺杂难题的突破将使我国在高频、高功率密度半导体器件领域占据技术高地，满足国家在电子信息材料领域的重大需求，引领国际科技前沿。