宽禁带半导体金刚石(2)

宽禁带半导体金刚石

宽禁带半导体金刚石

表1 金刚石与GaAs、6H-SiC 、Si以及GaN的性质比较

性质 晶格常数/ Ao 密度/ g cm-3 热膨胀系数 /10-6 K-1 熔点/℃ 禁带宽度/eV 电子迁移率 /cm (V s)空穴迁移率/cm2 (V s)-1 电阻率/Ω.m 击穿电场/108V m-1

介电常数 折射率 功函数/eV 饱和电子速度/105m s-1 热导率/W (cm.K)-1

吸收边/μm 硬度/kg mm-2 Johnson优良度/1023W.Ù s-2 Keyes优良度/104W (m.s.K)-1

2

-1

金刚石 3.567 3.515 1.1 4000 5.45 2000

GaAs 0.565 5.32 5.9 1240 1.43 8500

6H-SiC 4.358 3.216 4.7 2540 3.00 400

Si 5.430 2.328 2.6 1420 1.10 1500

GaN（纤锌矿结构） 5.186 6.150 3.17 2500 3.39 ≤1000

1800 1014 10.0 5.70 2.42 4.8(P型) 2.7 20.00 0.2 10000 73,856

400 107 0.6 12.50 3.54 4.7 1.0 0.46 750 62.500

50 1.5 4.0 9.70 2.65 2.5 5.00 0.4 2900～3100 10,240

600 10 0.3 11.80 3.50 4.8 1.0 1.50 1.4 1150 9.000

≤200 ≤0.2 5.0 5.50 2.29 1.30 1200～1700 122.600

444.0 6.3 90.3 13.8 9.9

在1994年，报道了金刚石肖特基二极管工作温度可达到1000℃，非常适合于高温环境下工作。金刚石双极及场效应晶体管的研究也取得了一些进展[2]，但是金刚石双极晶体管是采用天然金刚石做的，只是为了研究，还没有商品化。因为低温低压合成的n型掺杂金刚石还没有解决（p型金刚石通过掺硼早已实现，其电阻率可达10-2Ω cm，并且已经成熟的应用于做半导体器件），且掺杂后形成的n型金刚石电导率较低，目前达不到做双极晶体管的要求。2003年7月，在美国自然杂志上报道了通过在掺硼形成的p型金刚石中加入氘元素进行44 IT Age/Jul. 15, 2004

氘化，把p型金刚石转化为n型金刚石，在室温下，得到的电导率为2S/cm。该项研究成果有可能用于制作出金刚石pn结，则进一步会制作出金刚石二极管和双极晶体管以及各种电路。他们利用微波等离子体CVD法首先制作出500nm厚的掺硼金刚石薄膜，然后把样品放在氘等离子体中，温度为550℃，保持8个小时，然后分别在520℃,600℃和650℃进行退火，把p型金刚石转化为n型金刚石。可以说，这是目前得到的最高电导率的n型金刚石。研究表明,在天然金刚石上做的二极管和双极晶体管以及MIS、MES、MOS场效应晶体管具有很好