半导体金刚石浅施主n型掺杂的理论与实验研究
结题报告
批准号:
51972135
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
李红东
依托单位:
学科分类:
碳素材料与超硬材料
结题年份:
2023
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
李红东
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中文摘要
金刚石是重要的第三代半导体材料之一,无法实现浅施主掺杂高电导n型金刚石是制约其发展的瓶颈问题,是金刚石领域没有解决的关键科学问题。传统的磷或硫等掺杂因为能级深、载流子迁移率低等原因,无法满足金刚石电子器件应用要求。本项目拟设计新掺杂方案,以氮-硫(N-S)共掺杂等方法实现金刚石的浅施主n型掺杂。通过基于密度泛函理论的第一性原理计算,预测得到若干可能的浅施主n型新掺杂方式;以微波等离子体化学气相沉积(CVD)开展n型掺杂金刚石单晶生长研究。通过优化生长及掺杂参数,调制掺杂浓度和比例,同时提高晶体质量、降低本征缺陷、减少各种补偿效应,并探索高温、高压等后处理的调制作用,提升n型掺杂导电特性。通过霍尔效应等方法测量n型掺杂的电学参数,进一步制作半导体金刚石pn结,获得整流特性。本项目的实施,将为解决制约金刚石在半导体领域应用的核心瓶颈问题,提供理论依据和实验数据,推动金刚石电子器件的研发和应用。
英文摘要
Diamond is one of the most important third-generation semiconductor materials. The difficulty in realizing high-conductivity n-type diamond with shallow donor level is the bottleneck that restricts its development, and it is the key scientific problem that has not been solved for a long time in the field of diamond. Traditional n-type doping by phosphorus or sulfur cannot meet the requirements of diamond-based electronic semiconductor devices due to deep energy levels and low carrier mobility. This project intends to design a new doping scheme to achieve shallow level doping of n-type diamond by nitrogen-sulfur (N-S) co-doping and/or other methods. The density functional theory based on first principles calculations will be performed to predict several potential dopant candidates with shallow donor level to realize n-type doping. By microwave plasma chemical vapor deposition (CVD), the n-type doped single crystal diamonds are fabricated. For modulating the doping concentration and proportion, improving the crystal quality, reducing intrinsic defects and various compensation effects, the doping parameters are optimized during the CVD process, in addition to high-temperature and/or high-pressure prost-treatments. Analysis techniques (Hall effect, I-V rectification, etc) are performed to examine the conductive characteristics of n-type doping for the confirmation of shallow level doping. The implementation of this project will provide theoretical basis and experimental data for solving the core bottleneck problem restricting the realizing diamond-based devices, and will open the door for practical applications of diamond in the semiconductor fields.
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/j.tsf.2021.138570
发表时间:2021-02
期刊:Thin Solid Films
影响因子:2.1
作者:Chunling Zhang;Zhaolong Sun;N. Gao;Da Li;Hongdong Li
通讯作者:Chunling Zhang;Zhaolong Sun;N. Gao;Da Li;Hongdong Li
DOI:10.1039/d3cp03302c
发表时间:2023-08-22
期刊:PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS
影响因子:3.3
作者:Gao,Lilin;Liu,Yaning;Li,Hongdong
通讯作者:Li,Hongdong
DOI:--
发表时间:2023
期刊:Diam. Relat. Mater.
影响因子:--
作者:Liu Yaofeng;Zhang Xinyi;Zhai Xiaoli;Gao Nan;Cheng Shaoheng;Li Liuan;Li Hongdong
通讯作者:Li Hongdong
DOI:10.1002/adts.202100165
发表时间:2021-09
期刊:Advanced Theory and Simulations
影响因子:3.3
作者:Yaning Liu;Mengmeng Gong;Sun Jia;N. Gao;Hongdong Li
通讯作者:Yaning Liu;Mengmeng Gong;Sun Jia;N. Gao;Hongdong Li
DOI:10.1088/1674-1056/ac032b
发表时间:2021
期刊:Chin. Phys. B
影响因子:--
作者:Wang Jingcheng;Chen Hao;Wan Linfeng;Mu Caoyuan;Liu Yaofeng;Cheng Shaoheng;Wang Qiliang;Li Liuan;Li Hongdong
通讯作者:Li Hongdong
引入纳米金刚石提升锂离子电池性能及其机理研究
  • 批准号:
    52172044
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    李红东
  • 依托单位:
金刚石表面等离激元纳米结构制备与光学特性研究
  • 批准号:
    51672102
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    李红东
  • 依托单位:
二维金刚石纳米膜的结构演化及物性的理论与实验研究
  • 批准号:
    51472105
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    83.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    李红东
  • 依托单位:
纳米氧化锌/p型金刚石异质结制备及其负阻特性研究
  • 批准号:
    51072066
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    37.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    李红东
  • 依托单位:
大尺寸CVD金刚石单晶的快速生长及其硼掺杂特性的研究
  • 批准号:
    50772041
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    32.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    李红东
  • 依托单位:
国内基金
海外基金