掺硼金刚石及提高掺硼金刚石导电性的方法

本发明设计金刚石，尤其涉及一种提高掺硼金刚石导电性的方法及利用该方法得到的高导电性的掺硼金刚石。

背景技术：

1、金刚石是超硬材料家族的典型代表，具有许多优越的物理、化学性质。金刚石的sp3杂化的c-c共价键使得金刚石成为一种极限功能材料，具有最高硬度，最高热导率，最宽透光波段，抗强酸强碱腐蚀，抗辐射，击穿电压高，介电常数小，载流子迁移率大，既是电的绝缘体，又是热的良导体，而掺杂后又可成为卓越的p型或n型半导体材料。在现代社会中，金刚石被广泛的应用到工业、科技、国防、医疗卫生等诸多领域。

2、纯净的金刚石，带隙是5.5ev,是一种优良的绝缘体。由于硼原子半径较小，在金刚石生长过程中易进入金刚石晶格，形成掺硼金刚石。硼原子的引入的同时在金刚石内部引入空穴，使得金刚石成为p型半导体材料。

3、相比于当前的半导体霸主硅，掺硼金刚石半导体具有更高的击穿电压，约是硅半导体的30倍以上；具有更高的热导率，是硅半导体的14倍。因此掺硼金刚石是一种集优异的机械性能和物理化学性能的极限半导体材料，未来可被应用于高功率、高电压环境下的电子和光电子器件方面。是国家解决在国防，航空航天，半导体芯片等重要领域技术难题的战略材料，被称为最具潜力的第四代半导体之一。

4、导电性是影响掺硼金刚石应用的最主要性能，目前相对于当前硅基半导体，导电性较差。因此提高掺硼金刚石导电性对于掺硼金刚石的应用具有重要的意义。

5、提高的方式主要通过增加金刚石中硼原子的含量。增加硼含量的方式一般有两种，一种金刚石生长过程中通过增加硼源的比例进行原位掺杂。然而随着硼原子的掺杂含量的提高会明显的降低金刚石的生长速度，同时严重降低掺硼金刚石的结晶质量，同时生长的金刚石内部存在大量的应力，影响后期微电子器件的加工制造。第二种是在金刚石合成后，进行后处理增加硼含量。通常后处理主要为离子植入，即采用高能硼离子撞击金刚石的晶格，在金刚石内部强制性的引入硼原子。该种方式会在金刚石内部形成极大的内应力，甚至导致金刚石表面发生石墨化，影响后期电子器件的制备。另外离子植入的硼原子仅存在于金刚石的表面，且对设备要求较高，极大提高生产成本。

技术实现思路

1、有鉴于此，为解决现有技术中的掺硼金刚石导电性差的技术问题，一方面，本发明提供了一种提高掺硼金刚石导电性的方法，其通过加压和退火处理，能够大幅度提高掺硼金刚石的导电性。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

3、一种提高掺硼金刚石导电性的方法，包括如下步骤：

4、加压，对掺硼金刚石加压至5.5±1gpa；

5、退火处理，升温至800～1200℃后保温1～20h；

6、降温，降温至室温，即得。

7、优选地，步骤1具体为：

8、将掺硼金刚石组装于组合块中进行加压。

9、优选地，所述组合块包括叶腊石块；白云石管；石墨管；绝缘管；钢帽；石墨片；钢片；传压介质。

10、掺硼金刚石和传压介质放入到绝缘管中；将白云石管，石墨管和组装好的绝缘管依次放入叶腊石块的内孔中；将石墨片，钢片和钢帽按顺序组装到叶腊石内孔的两端后进行加压。

11、优选地，所述传压介质为石墨、氯化钠或者六方氮化硼。

12、优选地，加压步骤中，采用六面顶大腔体压机进行加压。

13、优选地，退火处理在所述六面顶大腔体压机中进行。

14、另一方面，本发明还提供了一种掺硼金刚石，根据上述提高掺硼金刚石导电性的方法制备得到。

15、本发明相对于现有技术，具有如下的有益效果：

16、1)本发明提供的提高掺硼金刚石导电性的方法，其通过加压和退火处理，在无损条件下，能够大幅度提高掺硼金刚石的导电性，能够消除掺硼金刚石生长过程中产生的内应力，明显改善掺硼金刚石的结晶质量。

17、2)发明提供的提高掺硼金刚石导电性的方法，具有操作简单，设备要求低，节约生产成本，减少生产周期。

技术特征：

1.一种提高掺硼金刚石导电性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种提高掺硼金刚石导电性的方法，其特征在于，步骤1具体为：

3.根据权利要求2所述的一种提高掺硼金刚石导电性的方法，其特征在于，所述组合块包括叶腊石块；白云石管；石墨管；绝缘管；钢帽；石墨片；钢片；传压介质。

4.根据权利要求3所述的一种提高掺硼金刚石导电性的方法，其特征在于，所述传压介质为石墨、氯化钠或者六方氮化硼。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种提高掺硼金刚石导电性的方法，其特征在于，加压步骤中，采用六面顶大腔体压机进行加压。

6.根据权利要求5所述的一种提高掺硼金刚石导电性的方法，其特征在于，退火处理在所述六面顶大腔体压机中进行。

7.一种掺硼金刚石，其特征在于，根据权利要求1-6中任一项所述的一种提高掺硼金刚石导电性的方法制备得到。

技术总结
本发明提供了一种提高掺硼金刚石导电性的方法，属于金刚石技术领域。本发明包括如下步骤：加压，对掺硼金刚石加压至5.5±1GPa；退火处理，升温至800～1200℃后保温1～20h；降温，降温至室温，即得。本发明通过加压和退火处理，能够大幅度提高掺硼金刚石的导电性。

技术研发人员：张晓冉,刘晓兵,邢相灼,宋金雨
受保护的技术使用者：曲阜师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29