金刚石半导体材料的发展

董卫国 刘嘉琪 张钊斌 孔欣 崔西会 贺端威

董卫国, 刘嘉琪, 张钊斌, 孔欣, 崔西会, 贺端威. 金刚石半导体材料的发展[J]. 高压物理学报. doi: 10.11858/gywlxb.20261113
引用本文: 董卫国, 刘嘉琪, 张钊斌, 孔欣, 崔西会, 贺端威. 金刚石半导体材料的发展[J]. 高压物理学报. doi: 10.11858/gywlxb.20261113
DONG Weiguo, LIU Jiaqi, ZHANG Zhaobin, KONG Xin, CUI Xihui, HE Duanwei. Development of Diamond Semiconductor Materials[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics. doi: 10.11858/gywlxb.20261113
Citation: DONG Weiguo, LIU Jiaqi, ZHANG Zhaobin, KONG Xin, CUI Xihui, HE Duanwei. Development of Diamond Semiconductor Materials[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics. doi: 10.11858/gywlxb.20261113

金刚石半导体材料的发展

doi: 10.11858/gywlxb.20261113

Development of Diamond Semiconductor Materials

  • 摘要: 金刚石因其超宽禁带、高热导率、高击穿场强和优异的载流子迁移率,成为新一代半导体材料的典型代表,受到功率电子、射频通讯、量子信息等领域的广泛关注。本征单晶金刚石是发展金刚石半导体的基石,其杂质浓度需达ppb(parts per billion,十亿分之一)级且位错密度极低。HPHT(High Pressure High Temperature,高压高温)法可获得更高纯度与晶体质量,但受限于尺寸,常作为CVD(Chemical Vapor Deposition,化学气相沉积)外延的基底,以实现大尺寸高质量单晶制备。在掺杂方面,B原子因尺寸与C相近(差异仅6.5%),易于进入晶格形成性能优异的p型金刚石,相关器件(如肖特基二极管)已获成功。然而n型掺杂面临根本挑战:P、S等潜在掺杂原子半径远大于C(差异35–57%),难以掺入并激活。超高压高温热扩散法通过调控原子尺寸差异,成为有望实现浅能级n型掺杂的新途径。表面终端中,氢终端可诱导高迁移率二维空穴气,氧终端则提升界面稳定性,但二者热稳定窗口(分别约400 ℃、600 ℃)仍低于元素掺杂体系,限制其在高温高频器件中的应用。因此,突破n型掺杂、提升终端热稳定性、发展大尺寸低成本制备工艺,将是推动金刚石半导体在功率电子、量子信息及高性能传感等领域迈向产业化的关键。本综述旨在对上述问题进行分析与讨论,并探讨金刚石半导体的发展前景与困境。

     

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  • 网络出版日期:  2026-08-12

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