单晶金刚石声子非简谐衰减效应研究

随着金刚石作为散热材料在大功率半导体器件、激光器、微波器件和大规模集成电路等领域中的应用愈加广泛,通过对金刚石局部进行精确测温以评价其散热性能是一个重要的研究课题。本文使用拉曼光谱仪对不同掺杂类型的高温高压(HTHP)样品和化学气相沉积(CVD)样品在228~678 K进行检测,得到了金刚石样品TO模拉曼峰位、半峰全宽等与温度的一一对应关系,并通过理论计算模型明确了热膨胀、三声子、四声子随温度变化对拉曼峰位、半峰全宽的贡献。理论和实验测试结果发现:不同掺杂以及不同类型样品的拉曼光谱峰位无明显区别;随温度升高,半峰全宽宽化,主要影响因素为声子衰减导致的非简谐效应,同时受载流子的电离率、浓度、类型,以及缺陷和杂质影响;声子寿命主要受到声子的非简谐衰减作用影响,基本不受杂质散射的影响。本研究为金刚石材料的温度检测提供了一种无损、非接触、高空间分辨率的方法。

高温高压与CVD金刚石单晶衬底质量对比研究

本文通过高分辨X射线衍射(HRXRD)、激光拉曼光谱(Raman)、晶格畸变检测等测试分析方法对多组高温高压(HTHP)Ⅰb、HTHPⅡa和化学气相沉积(CVD)型(100)面金刚石单晶样品进行对比研究。HRXRD和Raman的检测结果均表明HTHPⅡa型金刚石单晶的结晶质量接近天然金刚石,其XRD摇摆曲线半峰全宽和Raman半峰全宽分别为0.015°~0.018°和1.45~1.85 cm^(-1)。晶格畸变检测仪的检测结果表明,HTHPⅡa型金刚石单晶的应力分布主要有两种:一种几乎无明显应力分布,另一种沿<110>方向呈对称的放射状分布,其他区域无晶格畸变。HTHPⅠb和CVD型金刚石单晶应力分布均相对分散,晶格畸变复杂,与其HRXRD和Raman的检测结果相符。进一步利用等离子体刻蚀法对三种类型金刚石单晶(100)面位错缺陷进行对比分析,结果表明,HTHPⅡa型金刚石位错密度为三者中最低,仅为1×10^(3) cm^(-2)。本研究为制备高质量大尺寸CVD金刚石单晶的衬底选择提供了实验依据。