金刚石硼掺杂准垂直肖特基二极管特性研究

金刚石是超宽禁带半导体材料的典型代表,因其优异的材料特性,在高温、高频、大功率微波和电力电子器件应用中有着显著的优势。金刚石体掺杂p型二极管由于工艺简单、并且有望发挥出金刚石击穿场强高的特性。采用微波等离子体化学气相沉积设备实现了单晶金刚石外延过程中硼掺杂浓度的调控,在金刚石本征衬底上制备出p^(-)/p^(+)结构的金刚石外延层,掺杂浓度分别为1018 cm^(-3)和1020 cm^(-3)。进而采用该结构制备了金刚石准垂直结构的肖特基二极管器件。测试结果表明,器件正向导通电阻为90 mΩ·cm^(2),开启电压约为-1.68 V,反向击穿场强为2.4 MV/cm,归一化后的电流密度为53.05 A/cm^(2)。计算得该器件中漂移层的载流子浓度为1.16×10^(18)cm^(-3)。

直流电弧等离子体喷射CVD硼掺杂金刚石薄膜的制备及电化学性能研究

采用直流电弧等离子体喷射CVD(Chemical Vapor Deposition)法在硅(100)衬底上制备了(111)占优的掺硼金刚石(BDD)薄膜,研究了压强对薄膜生长的影响,在压强为5500 Pa时得到了(100)占优的金刚石薄膜,并用SEM、XRD及拉曼光谱分析了薄膜的表面形貌、晶体结构、薄膜品质。测试结果表明,掺硼金刚石膜具有较好的成膜质量。霍尔测试表明BDD的电阻率为0.0095Ω.cm,载流子浓度为1.1×1020cm-3;研究了BDD薄膜电极在硫酸钠空白底液、铁氰化钾/亚铁氰化钾溶液和多巴胺溶液中的循环伏安曲线(CVs),发现该金刚石薄膜电极在硫酸钠中具有较宽的电化学窗口(约为4 V)、接近零的背景电流和良好的可逆性,利用BDD电极检测多巴胺溶液,具有明显的氧化还原峰值和较好的稳定性。结果表明利用该方法制备的BDD电极在电化学检测方面具有明显的优势。

阿昔洛韦在硼掺杂金刚石电极上的电化学行为及其与DNA相互作用的研究

利用硼掺杂金刚石(BDD)电极通过循环伏安法和微分脉冲伏安法研究了阿昔洛韦在0.10 mol/L磷酸盐缓冲溶液(pH 7.4)中的电化学行为及其与DNA的相互作用。与玻碳电极相比,阿昔洛韦在BDD电极上的循环伏安曲线在1.17 V处的氧化峰电流更大,背景电流较低。根据峰电位随溶液pH值和扫描速率的变化趋势考察了阿昔洛韦的电化学氧化机理,认为阿昔洛韦在BDD电极上的电化学氧化过程有2个电子和2个质子参与。对不同比例阿昔洛韦和DNA相互作用的研究表明,两者的相互作用模式为插入模式,结合位点数为1.07,结合常数为4.47×106,并通过阿昔洛韦与同浓度单、双链DNA的相互作用得到验证。

低电阻率硼硫共掺杂金刚石薄膜的制备

利用微波气相沉积方法制备了低电阻率的 n型硫掺杂和硼硫共掺杂金刚石薄膜 .质子激发 X射线荧光测试表明硼硫共掺杂方法能够提高硫在金刚石中的溶解度 ;扫描电镜和 Raman光谱的分析结果表明掺杂金刚石薄膜的晶粒较完整 ,薄膜中存在较多的非金刚石碳相 .Hall效应测试表明薄膜的导电类型为 n型 ,电阻率为 0 .0 2 4 6 Ω·cm,载流子浓度为 2 .4 0× 1 0 1 7cm- 3,Hall迁移率为 1 0 3cm2 / (V· s) ;较低的电阻率是薄膜中存在

硼掺杂金刚石膜电极电氧化降解对氯苯酚废水

采用循环伏安法研究了中性介质中对氯苯酚在硼掺杂金刚石(BDD)膜电极上的电氧化行为。提出了一种以BDD膜电极为阳极的电化学氧化降解对氯苯酚废水的新工艺,考察了阳极电流密度、对氯苯酚初始浓度、电解液初始pH、支持电解质浓度等工艺因素对电氧化降解效果的影响。结果表明:在阳极极化电位为1.4～1.6V(vs.SCE)时,对氯苯酚在BDD膜电极表面发生直接电氧化反应,生成易吸附的中间产物,导致电极活性降低;在阳极极化电位高于2.0V(vs.SCE)时,BDD膜电极能够良好地电氧化降解对氯苯酚溶液,该过程是通过直接电氧化过程与间接电氧化过程联合作用实现的。通过考察若干工艺因素对对氯苯酚电氧化降解效果的影响发现,较为理想的工艺参数组合为,阳极电流密度60mA·cm-2、支持电解质浓度10g·L-1、对氯苯酚初始浓度10mmol·L-1、电解液初始pH7。在该工艺条件下,COD去除率达到96.1%,平均电流效率为50.2%。高效液相色谱证实了BDD膜电极能有效地电氧化降解对氯苯酚。

硼掺杂金刚石薄膜电极降解青霉素G钠废水机制

针对抗生素废水中青霉素类物质难于生化降解的问题,采用直流等离子体化学气相沉积方法制备硼掺杂金刚石(boron-doped diamond, BDD)薄膜电极,以典型的青霉素G钠为目标污染物,对BDD电极降解青霉素的规律及降解历程进行研究.结果表明,不同质量浓度的青霉素G钠在电极上均能够被完全降解,发生电化学燃烧.青霉素G钠和化学需氧量(chemical oxygen demand, COD)的降解符合一级反应动力学,电流密度从10 mA/cm^2提高到20 mA/cm^2时,青霉素G钠和COD的反应速率常数分别增加了51.3%和29.1%.BDD电极上青霉素G钠的降解主要受液相传质过程控制,电流效率(current efficiency,EC)与青霉素G钠的质量浓度和电流密度有关.得到了青霉素G钠在BDD电极上的降解历程,主要的中间产物有青霉酸、异构青霉酸、青霉烯酸和青霉噻唑酸.

硼掺杂对直流热阴极CVD金刚石薄膜生长特性的影响

采用直流热阴极CVD法以B(OCH3)3为掺杂剂制备了硼掺杂金刚石薄膜,利用等离子体发射光谱、SEM、Ram an和XRD研究了硼掺杂对金刚石薄膜生长特性的影响,通过与未掺杂金刚石薄膜的对比发现:在直流热阴极CVD系统中,低浓度硼掺杂条件下能够长时间维持稳定的辉光放电.掺硼后辉光等离子体活性基团(Hα、Hβ、C2、CH)的种类没有改变,但C2基团的浓度升高,而CH基团的浓度下降,薄膜的生长速率提高到0.65mg.cm-2.h-1.硼掺杂金刚石薄膜为多晶薄膜,晶体生长良好,取向以(111)晶面为主,质量较未掺杂薄膜有所提高.硼原子以取代或填隙的方式掺杂进入金刚石晶格,没有破坏金刚石晶体结构.

掺杂立方氮化硼对金刚石聚晶致密化和显微结构的影响

以小于 0 .5 μm的金刚石和氮化硼 (以下简称cBN)微粉为原料 ,在 6.0GPa和 145 0～1480℃保温 30min的工艺条件下 ,成功地烧结出晶粒尺寸小于 1μm、以WC/Co硬质合金为衬底的金刚石聚晶。研究了cBN掺杂对金刚石基质密实化和显微结构的影响。研究表明 ,cBN可以有效地抑制金刚石异常长大。细晶而且致密的金刚石聚晶有优异的力学性能。

硼掺杂及未掺杂金刚石薄膜的电学和光电导特性

用热丝辅助化学气相沉积法合成了未掺杂及Ｂ掺杂金刚石薄膜，测量了退火前后的电流一电压和光电导特性．实验结果表明，Ｈ原子对未掺杂金刚石膜的电学和光电导特性有很大影响．对于掺杂样品，随着Ｂ含量的增高，Ｂ的作用更加明显，而Ｈ的作用降低．合成的金刚石膜中存在着各种缺陷态，其中包含陷阶型缺陷态，它影响着光电导饱和值的大小和弛豫时间的长短．经６００℃退火后，样品的结构、缺陷态的种类、数量都发生变化，并改变了金刚石膜的电学及光电导特性．

自支撑硼掺杂金刚石膜残余应力和微观应力的XRD分析

利用XRD(包括sin^2ψ法)研究了电子辅助热灯丝化学气相沉积法(EA-HFCVD)生长的自支撑硼掺杂多晶金刚石薄膜的残余应力和微观应力。结果表明,薄膜的残余应力为压应力,随着薄膜制备过程中硼流量的增加,应力值有减小的趋势。薄膜的微观应力随着硼流量的增加,由拉应力转变为压应力然后又转变为拉应力。残余应力和微观应力的变化归因于一定量的硼掺杂导致的多晶膜中晶粒尺寸、晶面取向及孪晶变化的共同作用。

硼硫共掺杂金刚石薄膜的研究

利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术,以丙酮为碳源,用二甲基二硫和三氧化二硼作掺杂源,在硅衬底上制备了硼与硫共掺杂的金刚石薄膜。用俄歇谱分析金刚石薄膜中硫的含量,用傅里叶红外光谱(FTIR)分析了薄膜表面键结构,用扫描电子显微镜(SEM)观测薄膜的表面形貌,X射线衍射(XRD)和喇曼(Raman)光谱表征膜层的结构。结果表明:微量硼的加入促进硫在金刚石中的固溶度,使硫在金刚石中的掺杂率提高了近50%;随着薄膜中硫含量的增加,薄膜的导电性增加,当薄膜中硫含量达到0.15%(原子分数)时其导电激活能为0.39eV。

硼掺杂金刚石薄膜电极上二氯酚的电化学阻抗谱研究

以2,4-二氯酚(2,4-DCP)和2,6-二氯酚(2,6-DCP)为模型污染物,采用循环伏安法和电化学阻抗谱研究了硼掺杂金刚石(BDD)电极上2种氯酚的电催化氧化过程.结果表明,2,4-DCP和2,6-DCP的氧化电位分别为1.55和1.62 V.等效电路拟合结果表明,当极化电位由开路电位提高至1.5 V时,2种氯酚的电荷转移电阻均有明显下降,反应控制步骤为扩散控制步骤.与2,6-DCP相比,2,4-DCP在BDD电极上更容易发生直接电化学氧化.

硼掺杂金刚石薄膜电极电催化降解双酚A

针对水环境中环境激素双酚A(bisphenol A,BPA)的污染,采用直流等离子体化学气相沉积方法制备了硼掺杂金刚石(boron-doped diamond,BDD)薄膜电极,利用高效液相色谱法和液相色谱质谱联用的方法,对BPA在BDD电极上的降解规律及降解历程进行研究.结果表明:不同初始质量浓度的BPA在电极上均能被完全降解,降解规律符合准一级反应动力学,初始质量浓度100和10 mg·L-1时的表观反应速率常数分别为0.494和0.700 h-1;电流密度从10 mA·cm-2提高到40 mA·cm-2时,表观反应速率常数增大50.61%,去除率提高11.26%.BPA的降解过程检测到7种中间产物,降解主要分为两个途径:一是BPA的一侧苯环先开环降解,最后完全矿化;二是BPA的两个苯环同时开环,然后逐级降解直至矿化.

金刚石表面终端和电解液pH值对铌基硼掺杂金刚石电极电化学性能的影响

以H2和CH4为反应气体，B2H6为硼掺杂源，采用热丝化学气相沉积法（HFCVD）在金属Nb上制备不同硼原子浓度的硼掺杂金刚石薄膜（BDD）电极。采用场发射扫描电镜（FESEM）、拉曼光谱仪（Raman spectrometer）和电化学工作站对金刚石薄膜的形貌、质量和电化学性能进行分析，研究金刚石表面端基和电解液pH值对BDD电极电化学性能的影响。结果表明，硼烷：甲烷=1％～2％（体积分数）的氢终端BDD电极，在酸性电解液（1mol／LH2S04）中具有最宽的电势窗口（3．8v），在酸性溶液中具有极低的背景电流（～10^-5A）。

硼掺杂金刚石薄膜电极的制备及电化学行为研究

硼掺杂金刚石薄膜(BDD)电极具有良好的电化学性能,是一种理想的电极材料。采用扫描电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱对制得的BDD电极的结构进行了表征。电极表面薄膜生长致密,晶体生长取向以(111)晶面为主,生长速率为2.8μm/h,晶格常数为3.5738。利用循环伏安法(CV)研究了BDD电极在铁氰化钾/亚铁氰化钾体系中氧化还原反应的可逆性和动力学特征。研究结果表明,在铁氰化钾/亚铁氰化钾的浓度为20mmol/L条件下,BDD电极的氧化还原峰电势差达到205.75mV,在溶液中电极的氧化还原反应属于准可逆反应,氧化峰电流与反应物浓度成正比,电极过程动力学是受扩散控制为主。

硼掺杂金刚石膜电极电催化降解环己酮废水

采用循环伏安法、稳态极化法等对硼掺杂金刚石薄膜电极的电化学性能及电氧化降解含环己酮模拟废水的电极过程进行了研究,考察了电流密度、支持电解质浓度、起始环己酮浓度和pH值等因素对硼掺杂金刚石薄膜电极电氧化降解含环己酮模拟废水效果的影响。实验结果表明,硼掺杂金刚石薄膜电极能够对环己酮进行有效且稳定的降解,通过正交优化实验,得到较优工艺条件为阳极电流密度为5 mA.cm-2,pH值为7,Na2SO4浓度为10 g.L-1,起始环己酮浓度为20 mmol.L-1,在该条件下COD去除率达92.95%,电流效率达80.81%,降解效果显著。

硼掺杂金刚石薄膜电极上水杨酸的电化学行为

硼掺杂金刚石(BDD)薄膜电极是用于电化学分析中的理想电极材料。以水杨酸(SA)为目标物,利用循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)对BDD电极上SA的电化学行为进行了研究。结果发现,SA的电化学过程有两个氧化峰,没有还原峰,氧化还原反应为不可逆反应。在低电势下出现的氧化峰电流正比于扫描速率的平方根,具有良好的线性关系,表明不可逆的氧化反应过程中扩散步骤为反应的控制步骤。电极/溶液界面的结构可以用R(QR)的等效电路拟合,当电极电位从开路电位(OCP)提高到2.5 V时,电荷转移电阻Rct从5.137×105Ω·cm2降低到4.171×102Ω·cm2,说明电极电位的增加能够加快氧化反应的进行,可以提高电催化反应速率大小。

苏丹红I号在纳米金/碳球修饰硼掺杂金刚石电极上的电化学行为

采用纳米金／碳球（Au／CS）复合物修饰硼掺杂金刚石（BDD）电极，研究了苏丹红I号在Au／CS修饰BDD电极上的电化学行为，并据此建立了实际样品中的苏丹红I号的测定方法．结果表明，与裸BDD电极相比，苏丹红I号在Au／CS修饰BDD电极上的氧化峰电流由0．24pA增加到0．83μA，峰电位由0．809V负移到O．743V．在最优测试条件下，苏丹红I号浓度与其峰电流在4～100pmol／L范围内呈线性关系，线性方程为1P=O．01126c＋0．116（R2=0．999），检出限为8．33μmol／L．采用本方法对实际样品中的苏丹红I号进行测，测定结果及平均回收率均优于BDD电极法．

高温高压合成硼掺杂金刚石单晶的抗氧化性能研究

工业金刚石单晶的高温抗氧化性是决定其应用领域的重要技术指标。以石墨为碳源,Fe-Ni-B-C合金为触媒,在5.0GPa和1570K的高温高压条件下合成了硼掺杂金刚石单晶。通过测试该金刚石的热蚀率、静压强度、冲击韧性、起始氧化温度和金刚石受热后的表面形貌,研究了含硼金刚石的抗氧化性,并与常规金刚石单晶进行了对比。结果表明,硼掺杂金刚石单晶的高温抗氧化性以及静压强度和冲击韧性均明显优于常规金刚石单晶。

高质量硼掺杂单晶金刚石同质外延及电学性质研究

突破高质量、高效金刚石掺杂技术是实现高性能金刚石功率电子器件的前提。本文利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,以三甲基硼为掺杂源,制备出表面粗糙度0.35 nm,XRD(004)摇摆曲线半峰全宽28.4 arcsec,拉曼光谱半峰全宽3.05 cm^(-1)的高质量硼掺杂单晶金刚石。通过改变气体组分中硼元素的含量,实现了10^(16)~10^(20) cm^(-3)的p型金刚石可控掺杂工艺。随后,研究了硼碳比、生长温度、甲烷浓度等工艺条件对p型金刚石电学特性的影响,结果表明:在硼碳比20×10^(-6)、生长温度1100℃、甲烷浓度8%、腔压160 mbar(1 mbar=100 Pa)时p型金刚石迁移率达到207 cm^(2)/(V·s)。通过加氧生长可以提升硼掺杂金刚石结晶质量,降低杂质散射。当氧气浓度为0.8%时,样品空穴迁移率提升至614 cm^(2)/(V·s)。