第259章 p型、n型、共掺杂
陈舟先把沈靖整理好的10组实验数据进行了汇总,然后便开始参照薄膜制备工艺的研究方法。
先通过大量的文献资料,把所有的问题摆出来,寻找解决的思路。
再结合四十三所的这10组实验数据,通过错题集进行试错。
而沈靖,则被陈舟安排了和张一凡一样的任务。
那就是,他需要和方结明一起,构建掺杂实验的分析模型。
“p型掺杂的硼源的选择是B(CH3)3,这点应该没有问题。”
“因为B(CH3)3作为硼源,有利于硼原子掺入金刚石晶格中的替代位置,可以提高硼的掺入效率……”
“……不同金刚石衬底晶面对制备的硼掺杂金刚石载流子迁移率的影响……”
“……从实验数据和文献资料来看,分别在(100)、(110)、(111)面单晶金刚石衬底上制备硼掺杂金刚石层时……”
“……(111)和(110)面金刚石衬底的晶格缺陷捕获了大量硼原子,降低了硼原子的掺入效率,并且存在较强的杂质散射,使迁移率低于(100)面金刚石衬底……”
“所以……”
陈舟脑海中的思路十分清晰。
所有关于p型掺杂金刚石的内容,在他的脑海中不断的被过滤和筛选。
他在把思路转变为明确的方向。
同时,陈舟手中的笔也在草稿纸上不断的书写着。
在外人看来,他写在草稿纸上的内容,可能并没有什么规律。
但是在陈舟眼里,他正在一步步接近自己的目标。
上午11点。
彭飞来到了这间小办公室。
他脸色兴奋的神色还没完全褪去,整个人的精神状态仍旧异常亢奋。
陈舟看到他的样子,都有些担心,这人会不会突然……倒了?
不过陈舟还没说话,彭飞已经先说道:“你交给我的任务,全部搞定了!所有资料,我已经通过内网发到你面前的电脑上了!”
陈舟把电脑上的页面最小化,在电脑里查找了一下,就看到了彭飞整理的资料。
陈舟抬头跟彭飞表示:“我看到了。”
彭飞这时走到陈舟身边,就这么看着陈舟,也不说话。
陈舟奇怪的抬头看了看他:“怎么了?”
彭飞这才说道:“还有什么需要帮忙的吗?”
看到彭飞眼里闪烁着的神采,陈舟不由得笑了笑,这家伙帮忙还能上瘾的?
轻轻摇了摇头,陈舟说道:“暂时没有了。”
听到陈舟的话,彭飞有一瞬间的失落。
注意到彭飞的表情变化,陈舟想了想,又补充道:“我建议你先去休息,后面还会有不少事情。”
闻言,彭飞立即看向陈舟,赶紧说道:“没问题!我吃完饭就去睡觉!”
中午,陈舟和沈靖也是在四十三所的食堂简单吃了午饭。
吃饭时,沈靖还忍不住打趣了一句:“陈舟,那个彭工快成你迷弟了……”
陈舟对此倒是没多说什么。
迷弟不迷弟的无所谓,主要是有帮手的感觉,真好呀~
午饭过后,短暂的休息了十分钟,陈舟便再次坐在了电脑前。
p型掺杂的问题,相对简单,他的方向已经摸准了。
想了想,陈舟看向沈靖问道:“学长,你们构建的分析模型怎么样了?”
沈靖回头说道:“还差一点。因为你要求的模型要具有针对性,所以p型掺杂、n型掺杂、共掺杂的模型,我们充分考虑了实验的各方面因素来构建的。不过,也快了。”
“好。”陈舟应了一声,不再说话。
既然沈靖和方结明那边已经跟上的话,那下午就先从p型掺杂的试错开始吧。
把n型掺杂和共掺杂的问题,暂时搁置一下。
错题集上,关于p型掺杂实验理论研究的内容,已经经历过一波抛物线的走向。
上午,在陈舟刚开始入手研究p型掺杂问题时,错题集上是刷刷刷的堪比印刷机一般。
就把陈舟看过的内容全部印了上去,直至到达一个波峰。
后来,随着陈舟对问题研究的深入,错题集上记录的内容开始发生了改变。
有些旧内容被新内容覆盖,有些内容则是完全消失。
旧内容被新内容覆盖,则意味着研究方向的清晰。
而消失的内容,则代表着陈舟已经解决了相应的问题。
现在,错题集上即将再次上演一波抛物线走向。
“金刚石衬底的晶面选择……”
“反应压力、温度……”
“硼源的掺杂浓度……”
结合四十三所已经完成的10组实验数据,陈舟开始p型掺杂实验的试错。
一个小时后,陈舟拿出一张新的草稿纸,在草稿纸上写下一系列的实验参数。
然后起身走到沈靖身旁,把草稿纸甩给了沈靖。
沈靖拿到草稿纸后,微微一愣,旋即开始和方结明沟通,进行模型分析。
陈舟则再次回到座位坐好。
接下来,该轮到n型掺杂和共掺杂的问题了。
n型掺杂和共掺杂的问题,相比于p型掺杂,则要难上许多。
“第一次实现金刚石n型掺杂是在(111)面金刚石衬底上进行的,而且样品在很宽的温度范围内都表现了n型半导体传到特性……”
“在温度500K时,霍尔迁移率在23cm??/(V·s)……”
“但是,相对于(111)面单晶金刚石衬底表面抛光难、缺陷多、尺寸小来说,(100)面取向衬底表面具有原子级的平整程度,缺陷小,外延膜质量也优于(111)面衬底金刚石……”
“可这也并不是绝对的,而且晶面的问题,也不是最为关键的因素……”
想到这,陈舟手中的笔停了下来,习惯性的在草稿纸上点着点。
这是陈舟思路受阻时的表现。
“再梳理一遍文献资料……”
这样想着的陈舟,放下了手中的笔,将目光再次移向电脑屏幕。
手中鼠标的滚轮不断滑动,屏幕上的内容也在不断变化。
但陈舟的眼睛却一眨都不眨。
这些内容,他已经过了一遍了。
现在再看,只是寻找自己有没有漏掉的地方。
好给自己受阻的思路,打开一个缺口。
“磷的掺杂浓度?”
“电子散射机制?”
“不是这部分的内容……”
“……?”
“怎么把这个数据忘了!”
看到这个内容时,陈舟的双眼瞬间明亮起来。
n型掺杂,或者说磷掺杂金刚石,之所以难。
是因为磷原子比碳原子大,很难嵌入金刚石晶格。
当磷原子进入金刚石晶格内,会引起晶格扭曲,影响金刚石中的构型、键型和电荷分布。
磷掺杂金刚石中存在大量空位,也会与磷原子形成结合力很强的磷—空位缺陷。
这种缺陷的能级位于金刚石导带底约的位置上,可以补偿施主,阻碍磷原子的电离。
进而导致难以获得高质量的磷掺杂金刚石薄膜。
虽然磷的能级位于导带底以下,但是这种缺陷却还是存在。
“缺陷的填补……”
陈舟手中的动作加快,鼠标的滚轮不断滑动。
屏幕上的内容被陈舟拉到了共掺杂的部分。
【氮原子处于金刚石晶格中的替代位置,会形成激发能量为的深施主能级,在室温下不导电……】
【理论上,磷可以作为浅施主杂质,但磷原子的半径大于碳原子半径,很难掺入金刚石晶格中……】
【理论表明,磷—氮共掺的方法,也许是克服宽禁带和超宽禁带半导体自身补偿的一种有效方法……】
【……】
看到这,陈舟手中的速度不自觉的慢了下来。
如果氮原子能够填补缺陷,磷原子的掺杂就有了空间……
本来是准备先解决n型掺杂问题的,结果这一思考,问题就跳跃到了共掺杂?
因为四十三所的n型掺杂实验,采用的是磷掺杂。
所以在共掺杂中,他们研究的便是磷—氮共掺的方法。
这也使得陈舟就这样把两者联系在了一起。
陈舟不由得在心中笑了笑,但也随即便决定将n型掺杂和共掺杂的问题放在一块解决。
在共掺杂实验中,最早被作为磷源的是PH3,被作为氮源的是N2。
但是,采用这两种气体进行实验时,得到的结果却并不理想。
制备出来的掺杂金刚石膜的电阻率很高。
随后的实验中,磷源和氮源的选择被不断变更。
像是NH4H2P04这种包含磷元素和氮元素的单一掺杂源,也被应用到了研究上。
但得到的金刚石膜的电阻率依然很高。
陈舟又看了一眼四十三所的实验数据,随即开始在草稿纸上整理可以作为氮源和磷源的物质。
在陈舟沉浸在研究中时,房间外的天色已经渐渐暗了下来。
“陈舟。”
被沈靖的声音喊醒,陈舟疑惑的抬起头看着沈靖。
沈靖指了指电脑:“数据分析完成了。”
“噢。”陈舟应了一声,起身走到沈靖旁边看了一眼。
分析的结果和他的预料基本上没有多大差别。
“发给我,我做最后的处理。”
沈靖点点头:“好。”
陈舟转身就准备走回座位,这时沈靖拽住了他,指了指电脑屏幕的右下角。
陈舟看了一眼,这才惊觉居然已经六点半了。
想了想,陈舟并不打算在四十三所加班,还是回酒店舒服些。
于是,两个人把资料整理好,跟彭飞那边说了一声,便离开了四十三所。
陈舟本来还奇怪彭飞居然一下午没过来找他,打电话时才明白过来。
彭飞这会正忙着金刚石薄膜成品的收集呢。
采用改进工艺制备的金刚石薄膜已经完成。
听彭飞的意思,陈舟估计他今晚又会熬夜加班。
而且还不知他一个人……
在外面简单的吃了晚饭,陈舟和沈靖就回到了酒店。
沈靖本打算像先前一样跟到陈舟房间的,结果被陈舟拦了下来。
“晚上好好休息,明天有你忙的。”丢下这么一句话,陈舟就关门进了房间。
门外,沈靖看着被关上的房门,嘀咕道:“这该不会是闭关吧?”
房间里,陈舟迅速打开电脑,掏出草稿纸和错题集。
“就在今晚了……”
只扫了一眼,下午的思路便接续上了。
陈舟再次沉浸于n型掺杂和共掺杂的问题研究中。
原本特意准备的一沓崭新的A4草稿纸,随着时间的推移,渐渐变薄。
而他一直所心疼的笔芯,也在以一种超乎常理的速度,不断流逝在草稿纸上。
错题集上的内容,也在不断的增减着。
“不管氮源和磷源的采用的是什么,目的就只有一个……”
“不管装置内的系统是什么样的,它都始终只为了制备出掺杂的金刚石薄膜……”
陈舟的思路变得清晰起来,方向也逐渐明确。
在四十三所的共掺杂实验中,装置内并没有采用多余的系统作为辅助。
但其实,如果有其它系统辅助的话,可能结果会更好也说不定。
这是国外的一篇文献给陈舟的启发。
把写满的草稿纸拿到一边,换上一张新的草稿纸,再把笔芯换上满水的。
陈舟在草稿纸上写到:
【在NiMnCo—C系统中,采用P2N5、羰基离子粉末和磷粉末在高温高压下混合,提供氮源和磷源,以此方法掺杂金刚石……】
写完这句话,陈舟突然笑了出来。
“这么简单的道理,为什么我还想了这么久?”
相比单纯的氮掺杂金刚石,sp3-CH3形式的H原子更容易掺入磷—氮共掺的金刚石晶格中,提高共掺杂金刚石的质量。
因为在磷—氮共掺系统中,磷原子掺入后产生许多缺陷,形成了碳原子悬挂键,有助于氢原子掺入金刚石晶格。
而氢原子可以刻蚀sp2相,有利于高质量金刚石薄膜的沉积。
“系统和氮源、磷源确定后,那共掺杂实验剩下的问题,就好解决了……”
陈舟说着,把放在一旁的几张草稿纸拿了过来。
这是在研究氮源和磷源时,针对不同情况,陈舟所做的参数研究。
这会,正好拿来验证。
一般的衬底温度、掺杂浓度、工作压力等等等等,通过错题集的试错,很快就能得到一个大致区间。
再经过分析模型的验证,再回转到错题集进一步试错。
那就成了!
把共掺杂的问题一解决,那n型掺杂的问题,也就是铺在纸面上的答案了。
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先通过大量的文献资料,把所有的问题摆出来,寻找解决的思路。
再结合四十三所的这10组实验数据,通过错题集进行试错。
而沈靖,则被陈舟安排了和张一凡一样的任务。
那就是,他需要和方结明一起,构建掺杂实验的分析模型。
“p型掺杂的硼源的选择是B(CH3)3,这点应该没有问题。”
“因为B(CH3)3作为硼源,有利于硼原子掺入金刚石晶格中的替代位置,可以提高硼的掺入效率……”
“……不同金刚石衬底晶面对制备的硼掺杂金刚石载流子迁移率的影响……”
“……从实验数据和文献资料来看,分别在(100)、(110)、(111)面单晶金刚石衬底上制备硼掺杂金刚石层时……”
“……(111)和(110)面金刚石衬底的晶格缺陷捕获了大量硼原子,降低了硼原子的掺入效率,并且存在较强的杂质散射,使迁移率低于(100)面金刚石衬底……”
“所以……”
陈舟脑海中的思路十分清晰。
所有关于p型掺杂金刚石的内容,在他的脑海中不断的被过滤和筛选。
他在把思路转变为明确的方向。
同时,陈舟手中的笔也在草稿纸上不断的书写着。
在外人看来,他写在草稿纸上的内容,可能并没有什么规律。
但是在陈舟眼里,他正在一步步接近自己的目标。
上午11点。
彭飞来到了这间小办公室。
他脸色兴奋的神色还没完全褪去,整个人的精神状态仍旧异常亢奋。
陈舟看到他的样子,都有些担心,这人会不会突然……倒了?
不过陈舟还没说话,彭飞已经先说道:“你交给我的任务,全部搞定了!所有资料,我已经通过内网发到你面前的电脑上了!”
陈舟把电脑上的页面最小化,在电脑里查找了一下,就看到了彭飞整理的资料。
陈舟抬头跟彭飞表示:“我看到了。”
彭飞这时走到陈舟身边,就这么看着陈舟,也不说话。
陈舟奇怪的抬头看了看他:“怎么了?”
彭飞这才说道:“还有什么需要帮忙的吗?”
看到彭飞眼里闪烁着的神采,陈舟不由得笑了笑,这家伙帮忙还能上瘾的?
轻轻摇了摇头,陈舟说道:“暂时没有了。”
听到陈舟的话,彭飞有一瞬间的失落。
注意到彭飞的表情变化,陈舟想了想,又补充道:“我建议你先去休息,后面还会有不少事情。”
闻言,彭飞立即看向陈舟,赶紧说道:“没问题!我吃完饭就去睡觉!”
中午,陈舟和沈靖也是在四十三所的食堂简单吃了午饭。
吃饭时,沈靖还忍不住打趣了一句:“陈舟,那个彭工快成你迷弟了……”
陈舟对此倒是没多说什么。
迷弟不迷弟的无所谓,主要是有帮手的感觉,真好呀~
午饭过后,短暂的休息了十分钟,陈舟便再次坐在了电脑前。
p型掺杂的问题,相对简单,他的方向已经摸准了。
想了想,陈舟看向沈靖问道:“学长,你们构建的分析模型怎么样了?”
沈靖回头说道:“还差一点。因为你要求的模型要具有针对性,所以p型掺杂、n型掺杂、共掺杂的模型,我们充分考虑了实验的各方面因素来构建的。不过,也快了。”
“好。”陈舟应了一声,不再说话。
既然沈靖和方结明那边已经跟上的话,那下午就先从p型掺杂的试错开始吧。
把n型掺杂和共掺杂的问题,暂时搁置一下。
错题集上,关于p型掺杂实验理论研究的内容,已经经历过一波抛物线的走向。
上午,在陈舟刚开始入手研究p型掺杂问题时,错题集上是刷刷刷的堪比印刷机一般。
就把陈舟看过的内容全部印了上去,直至到达一个波峰。
后来,随着陈舟对问题研究的深入,错题集上记录的内容开始发生了改变。
有些旧内容被新内容覆盖,有些内容则是完全消失。
旧内容被新内容覆盖,则意味着研究方向的清晰。
而消失的内容,则代表着陈舟已经解决了相应的问题。
现在,错题集上即将再次上演一波抛物线走向。
“金刚石衬底的晶面选择……”
“反应压力、温度……”
“硼源的掺杂浓度……”
结合四十三所已经完成的10组实验数据,陈舟开始p型掺杂实验的试错。
一个小时后,陈舟拿出一张新的草稿纸,在草稿纸上写下一系列的实验参数。
然后起身走到沈靖身旁,把草稿纸甩给了沈靖。
沈靖拿到草稿纸后,微微一愣,旋即开始和方结明沟通,进行模型分析。
陈舟则再次回到座位坐好。
接下来,该轮到n型掺杂和共掺杂的问题了。
n型掺杂和共掺杂的问题,相比于p型掺杂,则要难上许多。
“第一次实现金刚石n型掺杂是在(111)面金刚石衬底上进行的,而且样品在很宽的温度范围内都表现了n型半导体传到特性……”
“在温度500K时,霍尔迁移率在23cm??/(V·s)……”
“但是,相对于(111)面单晶金刚石衬底表面抛光难、缺陷多、尺寸小来说,(100)面取向衬底表面具有原子级的平整程度,缺陷小,外延膜质量也优于(111)面衬底金刚石……”
“可这也并不是绝对的,而且晶面的问题,也不是最为关键的因素……”
想到这,陈舟手中的笔停了下来,习惯性的在草稿纸上点着点。
这是陈舟思路受阻时的表现。
“再梳理一遍文献资料……”
这样想着的陈舟,放下了手中的笔,将目光再次移向电脑屏幕。
手中鼠标的滚轮不断滑动,屏幕上的内容也在不断变化。
但陈舟的眼睛却一眨都不眨。
这些内容,他已经过了一遍了。
现在再看,只是寻找自己有没有漏掉的地方。
好给自己受阻的思路,打开一个缺口。
“磷的掺杂浓度?”
“电子散射机制?”
“不是这部分的内容……”
“……?”
“怎么把这个数据忘了!”
看到这个内容时,陈舟的双眼瞬间明亮起来。
n型掺杂,或者说磷掺杂金刚石,之所以难。
是因为磷原子比碳原子大,很难嵌入金刚石晶格。
当磷原子进入金刚石晶格内,会引起晶格扭曲,影响金刚石中的构型、键型和电荷分布。
磷掺杂金刚石中存在大量空位,也会与磷原子形成结合力很强的磷—空位缺陷。
这种缺陷的能级位于金刚石导带底约的位置上,可以补偿施主,阻碍磷原子的电离。
进而导致难以获得高质量的磷掺杂金刚石薄膜。
虽然磷的能级位于导带底以下,但是这种缺陷却还是存在。
“缺陷的填补……”
陈舟手中的动作加快,鼠标的滚轮不断滑动。
屏幕上的内容被陈舟拉到了共掺杂的部分。
【氮原子处于金刚石晶格中的替代位置,会形成激发能量为的深施主能级,在室温下不导电……】
【理论上,磷可以作为浅施主杂质,但磷原子的半径大于碳原子半径,很难掺入金刚石晶格中……】
【理论表明,磷—氮共掺的方法,也许是克服宽禁带和超宽禁带半导体自身补偿的一种有效方法……】
【……】
看到这,陈舟手中的速度不自觉的慢了下来。
如果氮原子能够填补缺陷,磷原子的掺杂就有了空间……
本来是准备先解决n型掺杂问题的,结果这一思考,问题就跳跃到了共掺杂?
因为四十三所的n型掺杂实验,采用的是磷掺杂。
所以在共掺杂中,他们研究的便是磷—氮共掺的方法。
这也使得陈舟就这样把两者联系在了一起。
陈舟不由得在心中笑了笑,但也随即便决定将n型掺杂和共掺杂的问题放在一块解决。
在共掺杂实验中,最早被作为磷源的是PH3,被作为氮源的是N2。
但是,采用这两种气体进行实验时,得到的结果却并不理想。
制备出来的掺杂金刚石膜的电阻率很高。
随后的实验中,磷源和氮源的选择被不断变更。
像是NH4H2P04这种包含磷元素和氮元素的单一掺杂源,也被应用到了研究上。
但得到的金刚石膜的电阻率依然很高。
陈舟又看了一眼四十三所的实验数据,随即开始在草稿纸上整理可以作为氮源和磷源的物质。
在陈舟沉浸在研究中时,房间外的天色已经渐渐暗了下来。
“陈舟。”
被沈靖的声音喊醒,陈舟疑惑的抬起头看着沈靖。
沈靖指了指电脑:“数据分析完成了。”
“噢。”陈舟应了一声,起身走到沈靖旁边看了一眼。
分析的结果和他的预料基本上没有多大差别。
“发给我,我做最后的处理。”
沈靖点点头:“好。”
陈舟转身就准备走回座位,这时沈靖拽住了他,指了指电脑屏幕的右下角。
陈舟看了一眼,这才惊觉居然已经六点半了。
想了想,陈舟并不打算在四十三所加班,还是回酒店舒服些。
于是,两个人把资料整理好,跟彭飞那边说了一声,便离开了四十三所。
陈舟本来还奇怪彭飞居然一下午没过来找他,打电话时才明白过来。
彭飞这会正忙着金刚石薄膜成品的收集呢。
采用改进工艺制备的金刚石薄膜已经完成。
听彭飞的意思,陈舟估计他今晚又会熬夜加班。
而且还不知他一个人……
在外面简单的吃了晚饭,陈舟和沈靖就回到了酒店。
沈靖本打算像先前一样跟到陈舟房间的,结果被陈舟拦了下来。
“晚上好好休息,明天有你忙的。”丢下这么一句话,陈舟就关门进了房间。
门外,沈靖看着被关上的房门,嘀咕道:“这该不会是闭关吧?”
房间里,陈舟迅速打开电脑,掏出草稿纸和错题集。
“就在今晚了……”
只扫了一眼,下午的思路便接续上了。
陈舟再次沉浸于n型掺杂和共掺杂的问题研究中。
原本特意准备的一沓崭新的A4草稿纸,随着时间的推移,渐渐变薄。
而他一直所心疼的笔芯,也在以一种超乎常理的速度,不断流逝在草稿纸上。
错题集上的内容,也在不断的增减着。
“不管氮源和磷源的采用的是什么,目的就只有一个……”
“不管装置内的系统是什么样的,它都始终只为了制备出掺杂的金刚石薄膜……”
陈舟的思路变得清晰起来,方向也逐渐明确。
在四十三所的共掺杂实验中,装置内并没有采用多余的系统作为辅助。
但其实,如果有其它系统辅助的话,可能结果会更好也说不定。
这是国外的一篇文献给陈舟的启发。
把写满的草稿纸拿到一边,换上一张新的草稿纸,再把笔芯换上满水的。
陈舟在草稿纸上写到:
【在NiMnCo—C系统中,采用P2N5、羰基离子粉末和磷粉末在高温高压下混合,提供氮源和磷源,以此方法掺杂金刚石……】
写完这句话,陈舟突然笑了出来。
“这么简单的道理,为什么我还想了这么久?”
相比单纯的氮掺杂金刚石,sp3-CH3形式的H原子更容易掺入磷—氮共掺的金刚石晶格中,提高共掺杂金刚石的质量。
因为在磷—氮共掺系统中,磷原子掺入后产生许多缺陷,形成了碳原子悬挂键,有助于氢原子掺入金刚石晶格。
而氢原子可以刻蚀sp2相,有利于高质量金刚石薄膜的沉积。
“系统和氮源、磷源确定后,那共掺杂实验剩下的问题,就好解决了……”
陈舟说着,把放在一旁的几张草稿纸拿了过来。
这是在研究氮源和磷源时,针对不同情况,陈舟所做的参数研究。
这会,正好拿来验证。
一般的衬底温度、掺杂浓度、工作压力等等等等,通过错题集的试错,很快就能得到一个大致区间。
再经过分析模型的验证,再回转到错题集进一步试错。
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