超高能量電子輻照氮摻雜金剛石的光致發光研究

王凱悅，常 森，張文晉，郭睿昂，田玉明,2，柴躍生

(1.太原科技大學材料科學與工程學院，太原 030024；2.山西工程職業技術學院，太原 030009)

0 引 言

金剛石具有寬禁帶，高熱導率，高載流子遷移率和高擊穿電壓等優點，使其在光學和電子器件領域有著重要的應用前景，其性能很大程度上由晶體中的本征缺陷和雜質缺陷所決定[1-3]，氮作為金剛石中最常見的雜質原子，普遍存在于天然和人工合成金剛石中[4-5]。對于Ib型氮摻雜金剛石來說，其氮原子孤立地分散在整個金剛石晶體的原子陣點位置，其在電子器件及襯底領域應用非常廣泛[6]。

金剛石在晶體生長過程中可形成缺陷，或者經輻照、退火等方法處理后也能形成缺陷。由于晶體生長過程中晶體缺陷的形成不易操控，因此目前電子器件常常通過輻照與退火來調控其半導體性能。中子、質子、電子、α粒子等都成功應用于金剛石的輻照領域，但其中電子輻照是最為理想的，它具有能量可控、質量小、動能低、無引入雜質等優點[7]。近閾值電子輻照后，本征缺陷可以成功地引入到純凈的IIa金剛石中，并且進一步研究退火引起的本征缺陷擴散性質[8]，而近來這項技術也被用于氮摻雜和硅摻雜金剛石中[9-10]。然而，實際的半導體器件通常采用MeV超高電子能量進行輻照處理的，而目前關于Ib型氮摻雜金剛石高能輻照損傷的研究較少。因此，本文利用低溫光致發光光譜研究了MeV超高能量電子輻照Ib型氮摻雜金剛石，這為其半導體性能調控提供了一定的理論依據與技術支持。……