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一、研究背景相氮化碳（g-C3N4）是一种新型的可见光响应型光催化剂，具有良好的化学稳定性和光催化活性。
然而，g-C3N4的光催化活性受限于其窄的光吸收范围和快速的电子-空穴复合。
为了提高g-C3N4的光催化性能，研究者们提出了多种改性方法，其中硼掺杂是一种有效的手段。
硼掺杂可以引入新的能级，拓宽光响应范围，改善载流子的分离和传输，从而提高光催化性能。
本研究的目的是通过硼掺杂来改善g-C3N4的光催化性能，提高其光催化活性。
二、研究意义1. 为环境保护提供新的解决方案：光催化技术可以利用可见光将有害气体和污染物转化为无害的物质，对改善大气污染和水污染具有重要意义。
2. 探索新型光催化剂的应用：硼掺杂石墨相氮化碳作为一种新型改性光催化剂，研究其光催化性能可以为光催化材料的设计和应用提供新思路。
3. 深入理解光催化反应机理：通过研究硼掺杂对光催化活性的影响，有助于深入理解光催化反应机理，并为进一步改进光催化剂性能提供理论依据。
三、研究内容和方法本研究将采用硼掺杂的方法制备硼掺杂石墨相氮化碳（B-g-C3N4）光催化剂，并对其光催化性能进行系统研究。
具体研究内容和方法包括：1. 合成和表征：采用高温固相法制备B-g-C3N4，并利用X射线衍射、透射电镜、紫外-可见漫反射光谱等手段对材料进行表征，确定其结构和光学性质。
2. 光催化性能测试：利用可见光光解苯酚和亚甲基蓝这两种模型污染物来评估B-g-C3N4的光催化活性，通过检测反应体系中的降解效率和产物的形成情况来评价其光催化性能。
3. 光催化机理研究：通过光电化学技术和时间分辨荧光光谱等手段，探讨硼掺杂对载流子分离和传输过程的影响，揭示硼掺杂机制和光催化反应机理。
四、研究创新点1. 利用硼掺杂提高光催化活性：通过引入硼元素，拓宽g-C3N4的光响应范围，增强光生电子-空穴对的分离和传输，从而提高其光催化活性。
2. 细致探讨光催化机理：通过表征光催化剂的结构和性质，揭示硼掺杂对光催化反应过程的影响，深入理解硼掺杂机制和光催化机理。
硼扩后掺杂原子浓度是指在硅晶片中进行硼扩散后，硼原子的浓度。
硼扩散是一种加工工艺，通常用于制造PN结（如二极管和晶体管）或调节半导体器件的电子特性。
硼扩散是通过在硅晶片表面或器件上加热的过程中，将浓度较高的硼气体注入到硅表面，使硼原子在硅的晶格中扩散和分布。
硼扩散的目的是使硅晶片表面形成一个硼掺杂层，使硅具有P型（正电荷）特性。
硼扩散的浓度通常以原子浓度的形式表示，单位通常为每立方厘米（cm³）。
硼扩散的浓度可以根据具体需求进行调整，一般采用掺杂剂的浓度、扩散时间和温度等参数来控制硼原子在硅中的分布。
浓度越高，硼掺杂层的厚度和电导率越高，适用于一些需要较高掺杂浓度的器件制造。
需要注意的是，具体的硼扩散浓度取决于特定的制造过程和器件要求，不同的应用场景可能有不同的掺杂浓度要求。
第十一章掺杂概述导电区和N-P结是晶圆内部或表面形成的半导体器件的基本组成部分。
他们是通过扩散或离子注入技术在晶圆中形成的。
本章将具体介绍N-P结的定义，扩散与离子注入的原理及工艺。
目的完成本章后您将能够：1.定义P-N结。
2.画出完整的扩散工艺流程图。
3.描述淀积步骤与推进步骤的不同。
4.列举三种类型的淀积源。
5.画出淀积和推进工艺的典型杂质浓度与深度位置的关系曲线。
6.列举离子注入机的主要部件。
7.描述离子注入的原理。
8.比较扩散与离子注入工艺的优势劣势。
结的定义使晶体管和二极管工作的结构就是N-P结。
结（junction）就是富含带负电的电子的区域（N 型区）与富含空穴的区域（P型区）的分界处。
结的具体位置就是电子浓度与空穴浓度相同的地方。
这个概念在扩散结的形成章节中已作过解释。
在半导体表面形成结的通常做法是热扩散（diffusion）或离子注入（ion implantation）。
掺杂区的形成扩散的概念扩散掺杂工艺的发展是半导体生产的一大进步。
扩散，一种材料通过另一种材料的运动，是一种自然的化学过程，在现实生活中有很多例子。
扩散的发生需要两个必要的条件。
第一，一种材料的浓度必需高于另外一种。
第二，系统内部必须有足够的能量使高浓度的材料进入或通过另一种材料。
扩散的原理被用来将N-型或P-型杂质引进到半导体表层深部。
然而，小尺寸器件的要求使业界转而采用离子注入作为主要的掺杂技术。
但是，一旦杂质进入晶圆的表面，后续的高温过程都会使它继续移动。
扩散定律决定了后续的移动。
气相扩散的一个例子就是常见的充压的喷雾罐（图11.1），比如房间除臭剂。
按下喷嘴时，带有压力的物质离开罐子进入到附近的空气中。
此后，扩散过程使得气体移动分布到整个房间。
这种移动在喷嘴被按开时开始，并且在喷嘴关闭后还会继续。
只要前面的喷雾引入的浓度高于空气中的浓度，这种扩散过程就会一直继续。
随着物质远离喷雾罐，物质的浓度会逐渐降低。
金刚石导电机理
金刚石是一种天然存在的半导体材料，其导电机理主要取决于以下几个因素：1．掺杂:金刚石本身是绝缘体，但可以通过掺杂杂质来使其导电。
常见的掺杂剂包括硼、磷、氮等。
硼和磷是n型掺杂剂，可以提供电子，使金刚石呈现n 型导电性。
氮是p型掺杂剂，可以提供空穴，使金刚石呈现p型导电性。
2．缺陷:金刚石中的缺陷也会影响其导电性。
例如，氮空位缺陷可以提供电子，使金刚石呈现n型导电性。
3．表面状态:金刚石的表面状态也会影响其导电性。
例如，金刚石表面吸附氧原子会使其表面呈现n型导电性。
硅中硼元素的室温扩散与吸杂现象研究谢兮兮导师：秦国刚2015.6Diffusion and Gettering of B Elements in Si at Room TemperatureByXixi XieDirected ByProf.Guogang QinSchool of Physics,Peking UniversityJun.2015摘要半导体材料是制造电子设备不可或缺的材料，在当下的信息化社会里占据尤为重要的地位。
半导体中掺入微量的杂质元素，就会对半导体的物理和化学性质产生决定性影响。
硼元素是半导体中的重要受主杂质，在硅中主要以代位形式存在。
传统改变掺杂在硅中硼的方法是，在高温下通过提高代位硼扩散系数来实现。
本文探讨在室温的条件下，使用高密度等离子体刻蚀机处理硅样品，以实现硼的快速扩散和吸杂，并尝试提出解释的吸杂机制。
关键词：半导体硼元素扩散室温吸杂AbstractSemiconnductor material is fundamental for manufacturing electronic equipment and the development of the information society.The impurity elements which are adulterated in Silicon have an important impact on the physical and chemical properties of semiconductor material.The most common acceptor impurity element, Boron,exists in the form of substitutional impurity.The traditional method of altering Boron element in Silicon is to reach a high temperature.The article will focus on how to alter the Boron element at room temperature with ICP,and give a proper explanation.Keywords:seimiconductor,diffusion of Boron,gettering at room temperature目录第一章引言 (1)第二章硅中浅能级杂质和实验相关设备原理介绍 (2)2.1浅能级杂质的存在方式与基本属性 (2)2.2硅中B、P、As等杂质的扩散与高温吸杂 (4)2.2.1杂质扩散 (4)2.2.2高温吸杂 (6)2.3高密度等离子体刻蚀机运行原理与离子注入简介 (7)2.3.1高密度等离子体刻蚀机 (7)2.3.2离子注入 (8)第三章ICP刻蚀下硅中硼的室温扩散与吸杂机制 (11)3.1实验方法 (11)3.2实验数据与结论 (11)3.3讨论与机制猜测 (14)第四章结论与展望 (20)第一章引言自然界分导体、绝缘体和半导体三类。
第 26卷第 3期 2005年 3月半导体学报CHIN ESE J OURNAL OF SEMICONDUCTORSVol. 26 No. 3Mar. ,20052004203222收到 ,2004207215定稿○c 2005中国电子学会 p 型 G a N 的掺杂研究金瑞琴朱建军赵德刚刘建平张纪才杨辉(中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室 , 北京 100083摘要 :采用正交实验设计方法设计 p 型 GaN 的生长 , 通过较少的实验 , 优化了影响 p 型 G aN 性质的三个生长参数 :Mg流量、生长温度和Ⅴ /Ⅲ比 . 过量的 Mg 源流量、过高的生长温度、过大的Ⅴ /Ⅲ比都会降低自由空穴浓度 . 还研究了退火温度对 p 型 G aN 的载流子浓度和光学性质的影响 . 实验结果表明 ,700~750℃范围为最佳退火温度 . 关键词 :GaN ; 掺杂 ; 光致发光 ; 热退火PACC :7865K; 7855; 7865中图分类号 :TN304文献标识码 :A 文章编号 :025324177(2005 03205082051引言被称为第三代半导体的 GaN 及其系列材料在光电子器件和微电子器件领域都有重要的应用价值 . GaN 材料和器件的研究都取得了重大进展 , 特别是 GaN 高亮度蓝、绿光发光二极管的商品化和长寿命蓝光激光器的研制成功 [1~3], 是 GaN 器件取得突破的重要标志 . 由于 H 原子的钝化作用 , p 型 GaN 曾经是制约 GaN 器件发展的一个关键因素 , 后来由于激活工艺尤其是快速热退火激活技术的发明 [4,5], 极大地推动了 GaN 材料和器件的发展 .在众多 p 型杂质中 , 由于 Mg 杂质的电离能最小 (大约为 200meV , 在 p 型GaN 中大多采用 Mg 杂质 . GaN ∶ Mg 的生长条件和快速热退火条件对获得高浓度的 p 型 GaN 都是非常重要的 . 虽然目前对影响 p 型 GaN 性质的诸多生长参数都有各自公认的窗口 , 但是要获得最优化的生长参数 , 仍然需要进行大量实验 , 这增加了实验难度和研究成本 . 正交实验设计方法是处理多因素试验的一种科学的试验方法 , 它使用一种规格化的表格———“正交表” 合理安排试验 . 用这种方法只要较少次数的实验便可获得基本上反映全面实验情况的分析资料 , 有效地提高分析效率与分析质量 , 日益受到科学工作者的重视 , 在实践中获得了广泛应用 . 我国从20世纪 60年代开始应用这一方法 ,70年代得到推广 , 已经取得了显著效果 . 本文的目的是优化 Mg 源摩尔数、生长温度和Ⅴ /Ⅲ比这三个影响 p 型 GaN 性质的生长参数 . 当每个生长参数取 3个实验点时 , 通常情况下 , 需要 27次实验才能获得最佳的生长条件 . 本文采用正交实验设计法来设计 p 型 GaN 的生长条件 , 仅需要 9次实验就能完成对这 3个生长参数的优化 . 实验发现 , 过量的 Mg 杂质反而会降低 p 型 GaN 的空穴浓度 . 本文还研究了退火温度对 p 型 GaN 质量的影响 , 实验结果表明 , 在 750℃左右快速热退火能有效激活 Mg 杂质 , 提高p 型浓度 , 而且退火后样品中的 Mg 杂质发光峰明显增强 .2实验本实验中 ,p 型 GaN 样品是以蓝宝石为衬底 , 采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD 进行材料生长 . N H 3, TM Ga ,Cp 2Mg 分别为 N 源、 Ga 源、 Mg 源 , H 2为载气 . 生长室压力保持在 217×104Pa. 材料生长过程如下 :首先在蓝宝石衬底上生长一薄层低温 GaN 缓冲层 , 生长温度为 550℃ ; 然后升高温度至 1000多度进行GaN 材料生长 , 同时通入 Mg源进行 p 型掺杂 . p 型 GaN 的厚度为 115μm. 采用正交实验设计方法设计 p 型 GaN 的生长条件 , 优化三个影响 p 型 GaN 性质的生长参数 :Mg 源摩尔数、生长温度、Ⅴ /Ⅲ比 . 每个生长参数取三个实验点 ,Mg 源流速为 013,018和 112μmol/min ; 生长温第 3期金瑞琴等 : p 型 GaN 的掺杂研究度为 1000,1020和 1040℃ ; Ⅴ /Ⅲ比为 800,1000和1260(固定 TM Ga 流速为 33mL/min , 通过改变N H 3流速来改变Ⅴ /Ⅲ比 . 共生长了 9个样品 , 各个样品的生长参数见表 1. 生长后的 p 型 GaN 样品放在 N 2气氛中进行快速热退火 , 退火温度和时间分别为 750℃ ,25min.表 1样品的生长条件和自由空穴浓度Table 1 Growth parameters and the f ree hole concen 2tration of p 2GaN samples样品号生长条件生长温度 /Mg 流量(μ-1Ⅴ /Ⅲ比空穴浓度 / 1016cm -3110000. 38005. 53 210000. 812596. 11 310001. 010005. 88 410200. 312598. 93 510200. 8100012. 3 610201. 08005. 58 710400. 3100010. 46 810400. 88007. 31 910401. 012597. 06另外 , 本文还研究了样品 8在不同退火温度 (650~800℃条件下 Mg 杂质的激活效率 , 退火时间均为 25min.通过霍尔 (Hall 测试获得样品的载流子浓度 . 光致发光谱 (PL 的测试 , 采用波长为 325nm 的 He 2 Cd 激光器作为激发光源 . 所有测试都在室温下进行 .3结果和讨论p 型 GaN 的实现分为两个部分 :GaN ∶ Mg 生长和 Mg 杂质激活 . 要获得高质量的 p 型 GaN 样品 , 需要研究和优化材料生长和退火条件 . 在实验中 , 我们不仅采用正交实验设计方法研究了 Mg 流量、生长温度、Ⅴ /Ⅲ比对样品质量的影响 , 也研究了不同退火温度对样品质量的影响 .首先研究了材料生长过程中 Mg 流量、生长温度、Ⅴ /Ⅲ比等生长参数对样品质量的影响 . 各个样品的自由载流子浓度见表 1.采用直观分析法对以上的正交实验结果进行总结 :对每个参数下所获得的实验结果取平均值 , 然后就可以得到各个参数对实验结果影响的规律 . Mg 流量、生长温度、Ⅴ /Ⅲ比对 p 型 GaN 载流子浓度影响的规律如表 2所示 .表 2利用直观分析法 , 统计得出的不同 Mg 流量、生长温度、Ⅴ /Ⅲ比条件下 p 型 GaN 的空穴浓度Table 2 Free hole concentration of p 2GaN samples with different Cp 2Mg flux , growth temperature or Ⅴ /Ⅲ ratio生长参数空穴浓度 /1016-3实验值总和平均值 Mg 流量/(μmol ・ min -10. 35. 53+8. 93+10. 468. 31 0. 86. 11+12. 3+7. 318. 57 1. 05. 88+5. 58+7. 066. 17生长温度 /℃10005. 53+6. 11+5. 885. 84 10208. 93+12. 3+5. 588. 94 104010. 46+7. 31+7. 068. 28Ⅴ /Ⅲ比8005. 53+5. 58+7. 316. 14 10005. 88+12. 3+10. 469. 55 12596. 11+8. 93+7. 067. 37图 1(a 表示 Mg 流量与样品自由空穴浓度的关系 . 从图上可以看出 , 当 Mg 流量从013μmol/min 增加到018μmol/min 时 , 样品的空穴浓度增加 ; 当 Mg 流量进一步增加到110μmol/min 时 , 样品的空穴浓度反而下降 . p 型 GaN 的生长过程中 ,Mg 原子一般是取代 Ga 位而形成受主 (Mg G a , 从而释放出空穴 . 随着 Mg 流量的增加 , 受主 Mg G a 的浓度也增加 , 在同样的激活工艺条件下 , 有更多的受主释放出空穴 , 所以样品的空穴浓度增加 . 另外 , 由于 GaN 材料中有大量的 N 空位 (V N , 有一部分受主会与 N 空位形成络合物 (Mg G a 2V N , 并表现出施主特性 . 当 Mg 流量进一步增加时 , 过量的 Mg 会与 N 空位形成络合物 Mg G a 2V N , 由于该络合物表现出施主特性 , 于是就形成了自补偿效应 [6,7], 所以过量的 Mg 掺杂反而会导致样品的空穴浓度下降 .图 1(b 表示生长温度与样品空穴浓度的关系 . 从图上看出 , 当生长温度从1000℃提高到 1020℃时 , 样品的空穴浓度增加 , 当生长温度进一步增加到 1040℃时 , 样品的空穴浓度下降 . 在材料生长中 , 生长和解吸附是同时存在的两个过程 , 当生长温度从 1000℃提高到 1020℃时 , 生长过程占优势 , 有更多的 Mg 杂质参与生长 , 取代 Ga 位而形成受主 Mg G a , 从而样品的空穴浓度增加 . 当温度进一步增加时 , 由于解吸附作用的增强 ,N 空位 (V N 的数目增加 , 于是表现出施主特性的络和物 Mg G a 2V N 的数目也相应的增加 , 形成了自补偿效应 , 导致样品的空穴浓度下降 . 另外 , 由于温度的升高 , 有更多的 N H 3裂解所 905图 1 (a Mg 流量与样品自由空穴浓度的关系 ; (b 生长温度与样品空穴浓度的关系 ; (c Ⅴ /Ⅲ比与样品空穴浓度的关系 Fig. 1 (a Free hole concentration of p 2G aN samples versus Cp 2Mg flux ; (b Free hole concentration of p 2 GaN samples versus growth temperature ; (c Free hole concentration of p 2G aN samples versus Ⅴ /Ⅲ ratio 产生的 H 原子导致钝化效应的增强 , 也是样品空穴浓度下降的一个因素 .图 1(c 表示Ⅴ /Ⅲ比与样品空穴浓度的关系 . 在实验过程中 , 我们固定 Ga 流量 , 而通过改变 N H 3流量来改变Ⅴ /Ⅲ比 . 由图可见 , 当Ⅴ /Ⅲ比从 800增加到1000时 , 样品的空穴浓度增加 , 当Ⅴ /Ⅲ比进一步增加到 1260时 , 样品的空穴浓度却下降了 . 我们知道 ,MOCVD 系统中存在一定的预反应 . 当Ⅴ /Ⅲ比增加时 , 预反应也增加 , 导致实际材料生长过程中 Mg/Ga 的比例增加 , 从而形成浓度更高的受主 Mg G a , 所以样品的空穴浓度增加 . 但是Ⅴ /Ⅲ比进一步增加时 , 一部分的受主会与 N 空位形成络合物 Mg G a 2V N , 增强了自补偿效应 , 从而降低了样品的空穴浓度 .热退火对激活 Mg 杂质、实现 p 型 GaN 至关重要 , 我们也研究了退火温度对样品质量的影响 . 图 2表示退火温度与样品空穴浓度的关系 , 退火时间都保持为25min. 从图上看出 , 当退火温度从 650℃增加到 750℃时 , 样品空穴浓度增加 ; 当退火温度继续增加时 , 样品的空穴浓度反而下降 . 对 p 型 GaN 而言 , 由于 H 原子的钝化作用 , 需要外界能量打开 Mg — H 键 , 才能实现 Mg 杂质的激活 . 提高退火温度能更大程度地激活 Mg 杂质 , 所以样品的 p 型浓度得到了提高 . 但是当进一步提高退火温度到 850℃左右时 , 由于 N 空位的数目增加 , 络和物Mg G a 2V N 的浓度也随之增加 , 这种自补偿效应的增强 , 导致样品的空穴浓度下降.图 2退火温度与样品空穴浓度的关系Fig. 2 Free hole concentration of p 2GaN samples ver 2 sus annealing temperature 我们对 GaN ∶ Mg 样品退火前后的光学性质也进行了研究 . 图 3(a 为样品 8退火前和在 650℃退火后的光致发光谱 . 从图上可以看出 , 样品退火前后有共同的两个发光峰 , 其峰位分别为 3143和 218eV. 3143eV 峰是 GaN 的带边发光峰 , 由于掺杂浓度很高 , 带边峰的发光强度非常弱 , 在退火以后 , 带边峰的发光强度明显增加了 . 如果不考虑非辐射复合的影响 , 样品带边发光的跃迁几率与载流子浓度成正比 . GaN ∶ Mg 在退火后 ,Mg 杂质被激活 , 样品的载流子浓度大大增加 , 所以退火后带边峰强度增加 . 另外 , 退火后改善了晶体质量、减少了非辐射复合中心也是另一个导致带边峰强度增加的因素 .218eV 峰是深施主和浅受主对发光 [8,9], 施主是络和物 Mg G a 2V N , 一般它位于导带下 430meV 处 ; 受主是 Mg G a , 退火后发光强度也增加了 . 由于退火激活了 Mg 杂质 , 空穴浓度增加 , 从而受主 Mg G a 从价带捕获到的空穴浓度也增加了 , 导致该发光峰的强度增加 . 从图 3(a 中我们还可以看到 , 退火前样品还有一个峰位位于 312eV 的发光峰 , 在室温下其来源是导带底的自由电子到 Mg 受主的跃迁发光 [8], 这个峰在退火后消失了 , 其机理尚需进一步深入研究.图 3 (a GaN ∶ Mg 样品退火前和在 650℃退火后的光致发光谱 ; (b 能量位于 218eV 的发光峰退火后与退火前的强度之比与退火温度的关系Fig. 3 (a Photoluminescence spectra before and after annealing for sample 8; (b Ratio of photoluminescence in 2 tensity before and after annealing for the 218eV peak ver 2 sus annealing temperature图 3(b 是能量位于 218eV 的发光峰退火前后的强度之比与退火温度的关系 . 从图上看出在 700 ~750℃范围内发光强度最强 , 从另一个侧面表明样品的自由空穴浓度增加了 . 把霍尔测量结果和光致发光测量结果结合起来考虑 , 我们认为 ,700~750℃退火温度最能有效激活 Mg 杂质 . 4结论本文主要从材料生长和热退火两个方面研究了 p 型 GaN 的掺杂 . 在材料生长方面 , 我们采用正交实验设计方法设计样品的生长条件 , 仅通过 9次实验就获得了Mg 流量、生长温度、Ⅴ /Ⅲ比这三个生长参数的最优化条件 . 实验发现 , 可能由于自补偿的原因 , 过量的 Mg 源流量、过高的生长温度、过大的Ⅴ /Ⅲ比都会降低自由空穴浓度 . 在热退火方面 , 我们研究了不同的退火温度对 p 型浓度的影响 , 同时对样品退火前后的光学性质进行了研究 . 实验结果表明 , 退火温度在700~750℃范围内最能有效激活 Mg 杂质 .参考文献[1] Zhang B , Egawa T , Ishikawa H , et al. High 2bright In GaN multiple2quantum 2well blue light 2emitting diodes on Si (111 using AlN/GaN multilayers wit h a t hin AlN/Al GaN buffer layer. Jpn J Appl Phys ,2003,42:L226[2] Nagahama S , Yanamoto T ,Sano M ,et al. Wavelengt h depend 2 ence of In GaN laser diode characteristics. Jpn J Appl Phys , 2001,40:3075[3] Nagahama S , Yanamoto T , Sano M , et al. Characteristics of In GaN laser diodes in t he pure blue region. Appl Phys Lett , 2001,79:1948[4] Nakamura S , Mukai T , Senoh M , et al. Thermal annealing effect s on p2type Mg 2doped GaN films. Jpn J Appl Phys , 1992,31:L139[5] Gelhansen O ,Phillips M R , G oldys E M. A met hod to improve t he light emission efficiency of Mg 2doped GaN. J Phys D :Ap2 pl Phys ,2003,36:2976[6] Kauf mann U , Schlotter P ,Obloh H ,et al. Hole conductivity and compensation in epitaxial GaN ∶ Mg layers. Phys Rev B , 2000,62:10867[7] K im K , Harrison J G. Critical Mg doping on t he blue 2light e 2 mission in p 2type GaN t hin films grown by metal 2organic chemical 2vapor deposition. J Vac Sci Technol A ,2003,21:134 [8] Kauf mann U , Kuzer M , Maier M ,et al. Nature of t he 218eV photoluminescence band in Mg doped GaN. Appl Phys Lett , 1998,72:1326[9] Shahedipour F ,Wessels B W. On t he origin of t he 218eV blue emission in p 2type GaN ∶ Mg :Atime 2resolved photolumines 2 cence investigation. MRS Internet J Nitride Semicond Res , 2001,6:12Investigations on Mg 2Doping of p 2G a NJin Ruiqin , Zhu Jianjun , Zhao Degang , Liu Jianpin , Zhang Jicai , and Yang Hui(S tate Key L aboratory of I nteg rated O ptoelect ronics , I nstit ute of Semiconductors ,Chi nese A cadem y of S ciences , B ei j ing 100083, Chi naAbstract :The orthogonal 2design method is employed to optimize the growth parameters of p 2typed GaN ,such as the Mg flux , growth temperature ,and Ⅴ /Ⅲ ratio. It is found that the hole concentration is reduced by excessively high Mg flux ,high growth temperature ,and great Ⅴ /Ⅲ ratio. The influence of the annealing temperature on the hole concentration of p 2typed G aN is also studied. The optimum annealing temperature is between 700and 750℃ .K ey w ords :G aN ; doping ; photoluminescence ; thermal annealingPACC :7865K; 7855; 7865Article ID :025324177(2005 0320508205Received 22March 2004,revised manuscript received 15J uly 2004○ c 2005Chinese Institute of Electronics。
微波等离子化学气相沉积（MPCVD）技术制备高质量金刚石薄膜微波等离子化学气相沉积（MPCVD）是一种制备高质量、高纯度金刚石薄膜的方法。
这种技术利用微波激发反应气体，在低压环境下形成等离子体，从而实现金刚石薄膜的沉积。
一、微波等离子化学气相沉积微波等离子化学气相沉积（MPCVD）是一种先进的金刚石沉积技术。
它利用微波能量激发反应气体，产生等离子体，这些等离子体在微波的作用下，与衬底表面相互作用，形成金刚石薄膜。
MPCVD技术的优点在于它可以在较低的温度下实现金刚石薄膜的沉积，同时可以获得高质量、高纯度的金刚石薄膜。
此外，MPCVD技术还可以实现大面积、均匀的沉积，这使得它在工业应用中具有广泛的前景。
二、金刚石的制备在MPCVD技术中，金刚石的制备通常是在微波作用下进行的。
反应气体中的碳源和氢源在微波的作用下被激发为等离子体，这些等离子体中的碳原子在衬底表面沉积下来，形成金刚石薄膜。
在金刚石的制备过程中，反应气体的选择和流量控制是非常重要的。
通常使用的反应气体包括甲烷、丙烷、乙烯等碳氢化合物，以及氨气、氢气等气体。
这些气体的选择和流量控制直接影响金刚石薄膜的质量和性能。
三、MPCVD技术在金刚石制备中的应用MPCVD技术在金刚石制备中有着广泛的应用。
例如，可以利用MPCVD技术制备大尺寸、高质量的金刚石单晶，用于制造高精度、高效率的机械加工工具。
同时，还可以利用MPCVD技术制备厚度可控、均匀的金刚石薄膜，用于制造高效散热器件、高频电子器件等高技术产品。
四、结论综上所述，微波等离子化学气相沉积（MPCVD）技术在金刚石制备中具有广泛的应用前景。
该技术可以在较低的温度下实现高质量、高纯度金刚石薄膜的沉积，同时可以实现大面积、均匀的沉积。
这使得它在工业应用中具有广泛的前景，为制造高精度、高效率的机械加工工具和高频电子器件等高技术产品提供了新的途径。
然而，尽管MPCVD技术具有许多优点，但其在实际应用中仍存在一些挑战和问题。
PN结二极管由P型和N型两种半导体材料的两个相邻部分组成，这些材料是半导体，例如Si(硅)或 Ge(锗)，包括原子杂质。
这里的半导体类型可以由杂质种类决定，而向半导体材料中添加杂质的过程称为掺杂。
含有杂质的半导体称为掺杂半导体，主要包括P型半导体和N型半导体，本文简单介绍下P型半导体的掺杂及其能量图。
P型半导体的定义一旦将三价材料赋予纯半导体(Si/Ge)，就称为P型半导体。
在这里，三价材料是硼、铟、镓、铝等。
最常见的是，半导体由硅材料制成，因为它的价壳中包含4个电子。
为了制造P型半导体，可以在其中添加额外的材料，例如铝或硼。
这些材料的价外壳层中仅包含三个电子。
这些P型半导体是通过掺杂半导体材料制成的。
与半导体的量相比，它们添加了少量的杂质。
通过改变添加的掺杂量，半导体的精确特性将改变。
在这种类型的半导体中，与电子相比，空穴的数量更多。
硼/镓等三价杂质常用于Si类掺杂杂质。
所以P型半导体的例子是镓或硼。
掺杂在P型半导体中加入杂质以改变其性质的过程称为P型半导体掺杂。
通常，用于掺杂三价和五价元素的材料是Si和Ge。
因此，这种半导体可以通过使用三价杂质掺杂本征半导体来形成。
这里的“P”表示正极材料，表示半导体中的空穴很高。
P型半导体形成Si半导体是四价元素，晶体的共同结构包括来自4个外层电子的4个共价键。
在Si中，III族和V族元素是最常见的掺杂剂。
III族元素包括3个外部电子，当用于掺杂Si时，它们的作用类似于受体。
一旦受体原子改变晶体内的四价硅原子，就可以产生电子空穴。
它是一种电荷载体，负责在半导体材料中产生电流。
这种半导体中的电荷载流子带正电，并在半导体材料中从一个原子移动到另一个原子。
添加到本征半导体中的三价元素将在结构内产生正电子空穴。
例如，掺杂有III族元素(如硼)的a-Si晶体将产生P型半导体，但掺杂有V族元素(如磷)的晶体将产生N型半导体。
整个空穴数可以等于整个供体部位数(p ≈ NA)。
氮化硼薄膜的制备及应用研究氮化硼薄膜是一种重要的硬质材料，具有很高的硬度、强度和耐磨性，被广泛应用于刀具、轴承、涂层等领域。
本文将介绍氮化硼薄膜的制备技术及相关应用研究。
1. 氮化硼薄膜的制备技术氮化硼薄膜的制备技术主要有物理气相沉积法、化学气相沉积法、离子束辅助沉积法、磁控溅射法等。
其中，磁控溅射法是制备氮化硼薄膜的主要方法。
磁控溅射法是利用高能离子轰击靶材，在真空环境下，将靶材表面的原子溅射到基板上，形成膜层。
氮化硼薄膜的制备主要分为直流磁控溅射法和射频磁控溅射法两种。
直流磁控溅射法的工艺成熟，但质量不稳定；射频磁控溅射法则可以得到高质量、均匀性好的氮化硼薄膜，但设备成本较高。
在制备氮化硼薄膜时，可以通过控制气体流量、溅射功率、基板温度等参数，来改善薄膜质量和性能。
2. 氮化硼薄膜的应用研究氮化硼薄膜具有很高的硬度和耐磨性，因此被广泛应用于刀具、轴承、涂层等领域。
2.1 刀具氮化硼薄膜可以提高刀具的硬度和耐磨性，使刀具寿命得到有效延长。
研究表明，在不同切削条件下，氮化硼薄膜镀层的刀具寿命比未镀层的刀具分别提高了30~50倍和3~10倍。
2.2 轴承氮化硼薄膜可以提高轴承的硬度和抗磨性，使轴承寿命得到有效延长。
研究表明，氮化硼薄膜涂层的轴承在高温、高压、高速等苛刻环境下，具有更好的抗磨性和稳定性。
2.3 涂层氮化硼薄膜可以作为涂层，提高材料的表面硬度和防护性能。
研究表明，氮化硼薄膜具有良好的耐腐蚀性、耐磨性和耐高温性，可以用于防腐、防磨、防氧化等方面。
总结氮化硼薄膜是一种重要的硬质材料，具有很高的硬度、强度和耐磨性，广泛应用于刀具、轴承、涂层等领域。
在制备氮化硼薄膜时，磁控溅射法是最常用的方法。
未来，随着科学技术的不断发展，氮化硼薄膜的应用领域将会更加广泛。
