硼硫共掺杂n型金刚石大单晶研究

摘要

在5.6GPa、1250～1340 oC的条件下，利用温度梯度法，以FeNiMnCo合金为触媒，成功合成尺寸达5mm的优质Ib型金刚石大单晶。另外，研究以FeNiCo合金作为触媒、Ti/C u为除氮剂，通过降低金刚石晶体的生长速度获得了含氮量小于0.1ppm、尺寸达3-4mm的优质无色Ⅱa型金刚石。 在温度压力分别为1255-1393 oC、5.3-5.5 GPa的范围内，从FeNiMnCo-S-C系统成功合成金刚石。由于添加剂硫的存在，大单晶的形态和颜色变化明显。XPS光谱分析显示硫存在于金刚石结构中。用四探针法来测试大单晶的电学特性。当添加剂硫达到4.0%时，晶体的霍尔系数为-5.600×105，电阻率值是9.628×105Ω.cm。此金刚石大单晶样品为n型半导体。 在FeNiCo-C系统中，B-S共掺杂合成的金刚石与单掺硫金刚石相比透明度更高、颜色更黄。FTIR及XPS分析均发现硼和硫存在于金刚石内。霍尔迁移率的最大值为628.76 cm2/vs。用质量百分数为0.8%的硼和2%的硫的添加剂合成n型金刚石晶体的电阻率值较低，为9.33×105Ω?cm。在除氮实验的基础上，进行硼硫共掺杂实验，但是XPS及电学性质分析结果显示，只有硼元素可以确定存在于金刚石内。

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