王志伟， 邹 芹,， 李艳国， 尹育航， 陈红光， 王明智

(1. 燕山大学 机械工程学院， 河北 秦皇岛 066004)

(2. 燕山大学， 亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室， 河北 秦皇岛 066004)

(3. 广东奔朗新材料股份有限公司， 广东 佛山528313)

(4.中南钻石有限公司， 河南 南阳 473000)

1955年，美国GE公司首次在石墨和镍体系下利用高温高压条件成功合成了人造金刚石单晶[1]，并在机械、地质、石油、建材等领域得到了广泛的应用。由于碳原子半径和晶格常数较小，因此很多杂质原子在金刚石中的溶解度较小，掺杂困难。目前，可以实现金刚石掺杂的杂质元素主要有B、N、O、S、P、H、Li等。B原子的半径较小，在金刚石中可形成浅受主能级，是金刚石掺杂的首选元素。1987年，GEIS等[2]使用高压合成了第一颗硼掺杂p型金刚石单晶。其他元素的协同掺杂可以有效改善金刚石的半导体性能。通过化学气相沉积法合成的金刚石半导体薄膜已经得到应用[3]，但是利用高温高压法制备块体半导体材料的研究仍稍有滞后。

1 硼及其协同掺杂金刚石的制备方法

高温高压条件下金刚石的生长方法主要有2种：温度梯度法(TGM)和膜生长法(FGM)，前者用于生长金刚石大单晶(一般情况下粒径大于1 mm)，后者用于生长金刚石小颗粒(一般情况下粒径小于1 mm)

1.1 温度梯度法

在高温高压条件下，碳溶解于合金触媒的熔体中，由于合金熔体自上而下存在温度梯度，导致触媒中碳的溶解度存在差值，使得碳素从高温区向低温区扩散，扩散而来的碳在低温区过饱和而在籽晶表面以金刚石的形式外延析出，进而实现金刚石单晶的生长。……