硼-氢-磷三元素共掺杂突破金刚石N型半导体长期难题
B910化工消息：金刚石作为宽带隙半导体，在高温、高功率和辐射等极端环境下具有优异的应用前景，但可重复的N型掺杂一直是长期未解决的关键难题。最近，研究人员提出了一种精确控制的硼（B）-氢（H）-磷（P）三元素共掺杂策略，成功在一步CVD生长过程中实现了稳定的N型单晶金刚石。相关论文以"The boron-hydrogen-phosphorus tri-elements co-doped stable N-type single crystalline Diamond"为题发表在arXiv预印本平台。
霍尔效应测量结果显示，共掺金刚石的电子浓度高达1.0×10¹⁹ cm⁻³，电阻率低至0.249 Ω·cm。二次离子质谱（SIMS）分析揭示了一个关键发现：三元素共掺杂是实现N型导电的核心因素——测得的电子密度超过了掺入的磷浓度，且与氢和硼的浓度处于同一量级。这支持了一种超越单一替代磷掺杂或简单硼-氢共掺杂的新施主机制。
温度依赖的光致发光（PL）光谱进一步证实了三元素共掺杂诱导的杂质能带形成，施主能级非常浅，约为61.6 meV，与温度依赖的电阻测量结果一致。浅施主能级有利于在室温下实现高效的热电离。
更令人瞩目的是，共掺金刚石在270-285 nm波段展现出强紫外发射，内量子效率（IQE）估计达到69.4%，而未掺杂或仅硼掺杂的金刚石几乎没有可观测的紫外发射。这表明三元素共掺杂不仅改善了电学性能，还赋予了金刚石新的光学特性。
金刚石半导体在深紫外LED、高功率电子器件和极端环境电子学等领域具有重要应用潜力。此前N型掺杂的不可重复性和高电阻率严重制约了双极性金刚石器件的实际应用。该工作提出的三元素共掺杂策略，在一步CVD过程中同时实现低电阻N型导电和高效紫外发射，为金刚石半导体器件的实用化提供了新思路。 （来源：arXiv）
霍尔效应测量结果显示，共掺金刚石的电子浓度高达1.0×10¹⁹ cm⁻³，电阻率低至0.249 Ω·cm。二次离子质谱（SIMS）分析揭示了一个关键发现：三元素共掺杂是实现N型导电的核心因素——测得的电子密度超过了掺入的磷浓度，且与氢和硼的浓度处于同一量级。这支持了一种超越单一替代磷掺杂或简单硼-氢共掺杂的新施主机制。
温度依赖的光致发光（PL）光谱进一步证实了三元素共掺杂诱导的杂质能带形成，施主能级非常浅，约为61.6 meV，与温度依赖的电阻测量结果一致。浅施主能级有利于在室温下实现高效的热电离。
更令人瞩目的是，共掺金刚石在270-285 nm波段展现出强紫外发射，内量子效率（IQE）估计达到69.4%，而未掺杂或仅硼掺杂的金刚石几乎没有可观测的紫外发射。这表明三元素共掺杂不仅改善了电学性能，还赋予了金刚石新的光学特性。
金刚石半导体在深紫外LED、高功率电子器件和极端环境电子学等领域具有重要应用潜力。此前N型掺杂的不可重复性和高电阻率严重制约了双极性金刚石器件的实际应用。该工作提出的三元素共掺杂策略，在一步CVD过程中同时实现低电阻N型导电和高效紫外发射，为金刚石半导体器件的实用化提供了新思路。 （来源：arXiv）