人工晶体学报

作者：胡婷婷, 牟恋希, 王鹏, 屠菊萍, 刘金龙, 陈良贤, 张建军, 欧阳晓平, 李成明

单位：1.北京科技大学新材料技术研究院,北京 100083; ；2.湘潭大学材料科学与工程学院,湘潭 411105

关键词：单晶金刚石,氮杂质,位错,白光形貌术,电子顺磁共振,

基金：国家磁约束核聚变能发展研究专项(2019YFE03100200);北京市自然科学基金(4192038)

金刚石以高导热率、强抗辐射性、高的电子迁移率等优异性能,成为辐射探测器最合适的材料之一。探测器级的金刚石要求具有极低的杂质含量及位错密度等,然而实际过程中同时实现杂质和位错的控制十分困难。本研究采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,通过前期的参数优化,在最佳生长温度780 ℃、最佳甲烷浓度5%条件下,在两个高质量高温高压(HPHT)金刚石衬底样品上进行了MPCVD金刚石生长,并对衬底和生长层的氮杂质含量与缺陷结构进行了综合表征与分析。电子顺磁共振谱结果表明,相比两个HPHT衬底样品的氮杂质原子百分数分别为7.1×10-6%和4.04×10-6%,MPCVD生长层的氮杂质原子百分数明显减少,分别为2.1×10-7%和5×10-8%。由X射线摇摆曲线和白光形貌术测试结果发现,尽管MPCVD生长过程中引入了部分位错,使生长层应力增加,畸变区域较多,但总体位错与高质量衬底为同一数量级。本研究制备的高纯单晶金刚石有望应用于核辐射探测及半导体领域。

来源：2023年第11期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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