李宗宝, 王 霞, 李 勇

(铜仁学院 材料与化学工程学院， 铜仁 554300)

1 引 言

由于强的sp3杂化轨道而形成的C-C四面体结构使金刚石兼具大的硬度(HV100 GPa)、高的热导率(20 W·cm-1· K-1)、宽的透光波段(0.22-2.5 μm)、高的杨氏模量(1000 GPa)和高的电阻率(1016Ω·cm)等优点，在工业、科技、国防、微电子等行业得到了广泛的应用，尤其高温高压环境下的稳定特性使其成为构建极端环境器件的重要材料[1-5]. 随着金刚石大单晶合成工艺的日趋成熟，特种功能金刚石的制备及在特定领域的应用成为研究的重点.

为有效调控金刚石的禁带宽度(～5.5 eV) ，通过元素掺杂的方式可以引入受主或施主原子，从而获得p型或n型金刚石半导体[6-10]. 然而，小剂量单一元素掺杂对于提升金刚石的半导体性能(电输运特性)并不明显，而采用重掺杂的方式易引入晶格畸变，进而严重影响金刚石的机械性能[11, 12]. 同时，虽然实验上已获得以硼元素掺杂为代表的典型p型半导体金刚石材料[12-14]，但是由于理想施主元素的缺失，具有优良电输运特性的n型半导体金刚石却鲜见报道.

对于单一元素掺杂，虽然理论证明采用氮元素替位金刚石中的碳元素会为晶胞中提供一个额外电子，使其形成n型半导体(图1d)[15]. 然而，实验结果证明，低浓度氮掺杂较难获得n半导体. 同时，吉林大学马红安教授课题组合成的高浓度氮掺杂绿色金刚石大单晶亦不具备导电性[16]. 另外，采用同主族的磷元素掺杂易在金刚石中形成深能级缺陷及磷团聚现象，亦不能赋予金刚石n型半导……