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第259章 p型、n型、共摻雜

更新時間:2020-08-19  作者:一白化貝
陳舟先把沈靖整理好的10組實驗數據進行了匯總,然后便開始參照薄膜制備工藝的研究方法。

先通過大量的文獻資料,把所有的問題擺出來,尋找解決的思路。

再結合四十三所的這10組實驗數據,通過錯題集進行試錯。

而沈靖,則被陳舟安排了和張一凡一樣的任務。

那就是,他需要和方結明一起,構建摻雜實驗的分析模型。

“p型摻雜的硼源的選擇是B(CH3)3,這點應該沒有問題。”

“因為B(CH3)3作為硼源,有利于硼原子摻入金剛石晶格中的替代位置,可以提高硼的摻入效率……”

“……不同金剛石襯底晶面對制備的硼摻雜金剛石載流子遷移率的影響……”

“……從實驗數據和文獻資料來看,分別在(100)、(110)、(111)面單晶金剛石襯底上制備硼摻雜金剛石層時……”

“……(111)和(110)面金剛石襯底的晶格缺陷捕獲了大量硼原子,降低了硼原子的摻入效率,并且存在較強的雜質散射,使遷移率低于(100)面金剛石襯底……”

“所以……”

陳舟腦海中的思路十分清晰。

所有關于p型摻雜金剛石的內容,在他的腦海中不斷的被過濾和篩選。

他在把思路轉變為明確的方向。

同時,陳舟手中的筆也在草稿紙上不斷的書寫著。

在外人看來,他寫在草稿紙上的內容,可能并沒有什么規律。

但是在陳舟眼里,他正在一步步接近自己的目標。

上午11點。

彭飛來到了這間小辦公室。

他臉色興奮的神色還沒完全褪去,整個人的精神狀態仍舊異常亢奮。

陳舟看到他的樣子,都有些擔心,這人會不會突然……倒了?

不過陳舟還沒說話,彭飛已經先說道:“你交給我的任務,全部搞定了!所有資料,我已經通過內網發到你面前的電腦上了!”

陳舟把電腦上的頁面最小化,在電腦里查找了一下,就看到了彭飛整理的資料。

陳舟抬頭跟彭飛表示:“我看到了。”

彭飛這時走到陳舟身邊,就這么看著陳舟,也不說話。

陳舟奇怪的抬頭看了看他:“怎么了?”

彭飛這才說道:“還有什么需要幫忙的嗎?”

看到彭飛眼里閃爍著的神采,陳舟不由得笑了笑,這家伙幫忙還能上癮的?

輕輕搖了搖頭,陳舟說道:“暫時沒有了。”

聽到陳舟的話,彭飛有一瞬間的失落。

注意到彭飛的表情變化,陳舟想了想,又補充道:“我建議你先去休息,后面還會有不少事情。”

聞言,彭飛立即看向陳舟,趕緊說道:“沒問題!我吃完飯就去睡覺!”

中午,陳舟和沈靖也是在四十三所的食堂簡單吃了午飯。

吃飯時,沈靖還忍不住打趣了一句:“陳舟,那個彭工快成你迷弟了……”

陳舟對此倒是沒多說什么。

迷弟不迷弟的無所謂,主要是有幫手的感覺,真好呀

午飯過后,短暫的休息了十分鐘,陳舟便再次坐在了電腦前。

p型摻雜的問題,相對簡單,他的方向已經摸準了。

想了想,陳舟看向沈靖問道:“學長,你們構建的分析模型怎么樣了?”

沈靖回頭說道:“還差一點。因為你要求的模型要具有針對性,所以p型摻雜、n型摻雜、共摻雜的模型,我們充分考慮了實驗的各方面因素來構建的。不過,也快了。”

“好。”陳舟應了一聲,不再說話。

既然沈靖和方結明那邊已經跟上的話,那下午就先從p型摻雜的試錯開始吧。

把n型摻雜和共摻雜的問題,暫時擱置一下。

錯題集上,關于p型摻雜實驗理論研究的內容,已經經歷過一波拋物線的走向。

上午,在陳舟剛開始入手研究p型摻雜問題時,錯題集上是刷刷刷的堪比印刷機一般。

就把陳舟看過的內容全部印了上去,直至到達一個波峰。

后來,隨著陳舟對問題研究的深入,錯題集上記錄的內容開始發生了改變。

有些舊內容被新內容覆蓋,有些內容則是完全消失。

舊內容被新內容覆蓋,則意味著研究方向的清晰。

而消失的內容,則代表著陳舟已經解決了相應的問題。

現在,錯題集上即將再次上演一波拋物線走向。

“金剛石襯底的晶面選擇……”

“反應壓力、溫度……”

“硼源的摻雜濃度……”

結合四十三所已經完成的10組實驗數據,陳舟開始p型摻雜實驗的試錯。

一個小時后,陳舟拿出一張新的草稿紙,在草稿紙上寫下一系列的實驗參數。

然后起身走到沈靖身旁,把草稿紙甩給了沈靖。

沈靖拿到草稿紙后,微微一愣,旋即開始和方結明溝通,進行模型分析。

陳舟則再次回到座位坐好。

接下來,該輪到n型摻雜和共摻雜的問題了。

n型摻雜和共摻雜的問題,相比于p型摻雜,則要難上許多。

“第一次實現金剛石n型摻雜是在(111)面金剛石襯底上進行的,而且樣品在很寬的溫度范圍內都表現了n型半導體傳到特性……”

“在溫度500K時,霍爾遷移率在23cm/(V·s)……”

“但是,相對于(111)面單晶金剛石襯底表面拋光難、缺陷多、尺寸小來說,(100)面取向襯底表面具有原子級的平整程度,缺陷小,外延膜質量也優于(111)面襯底金剛石……”

“可這也并不是絕對的,而且晶面的問題,也不是最為關鍵的因素……”

想到這,陳舟手中的筆停了下來,習慣性的在草稿紙上點著點。

這是陳舟思路受阻時的表現。

“再梳理一遍文獻資料……”

這樣想著的陳舟,放下了手中的筆,將目光再次移向電腦屏幕。

手中鼠標的滾輪不斷滑動,屏幕上的內容也在不斷變化。

但陳舟的眼睛卻一眨都不眨。

這些內容,他已經過了一遍了。

現在再看,只是尋找自己有沒有漏掉的地方。

好給自己受阻的思路,打開一個缺口。

“磷的摻雜濃度?”

“電子散射機制?”

“不是這部分的內容……”

“怎么把這個數據忘了!”

看到這個內容時,陳舟的雙眼瞬間明亮起來。

n型摻雜,或者說磷摻雜金剛石,之所以難。

是因為磷原子比碳原子大,很難嵌入金剛石晶格。

當磷原子進入金剛石晶格內,會引起晶格扭曲,影響金剛石中的構型、鍵型和電荷分布。

磷摻雜金剛石中存在大量空位,也會與磷原子形成結合力很強的磷—空位缺陷。

這種缺陷的能級位于金剛石導帶底約1.7eV的位置上,可以補償施主,阻礙磷原子的電離。

進而導致難以獲得高質量的磷摻雜金剛石薄膜。

雖然磷的能級位于導帶底以下0.58eV,但是這種缺陷卻還是存在。

“缺陷的填補……”

陳舟手中的動作加快,鼠標的滾輪不斷滑動。

屏幕上的內容被陳舟拉到了共摻雜的部分。

氮原子處于金剛石晶格中的替代位置,會形成激發能量為1.7eV的深施主能級,在室溫下不導電……

理論上,磷可以作為淺施主雜質,但磷原子的半徑大于碳原子半徑,很難摻入金剛石晶格中……

理論表明,磷—氮共摻的方法,也許是克服寬禁帶和超寬禁帶半導體自身補償的一種有效方法……

看到這,陳舟手中的速度不自覺的慢了下來。

如果氮原子能夠填補缺陷,磷原子的摻雜就有了空間……

本來是準備先解決n型摻雜問題的,結果這一思考,問題就跳躍到了共摻雜?

因為四十三所的n型摻雜實驗,采用的是磷摻雜。

所以在共摻雜中,他們研究的便是磷—氮共摻的方法。

這也使得陳舟就這樣把兩者聯系在了一起。

陳舟不由得在心中笑了笑,但也隨即便決定將n型摻雜和共摻雜的問題放在一塊解決。

在共摻雜實驗中,最早被作為磷源的是PH3,被作為氮源的是N2。

但是,采用這兩種氣體進行實驗時,得到的結果卻并不理想。

制備出來的摻雜金剛石膜的電阻率很高。

隨后的實驗中,磷源和氮源的選擇被不斷變更。

像是NH4H2P04這種包含磷元素和氮元素的單一摻雜源,也被應用到了研究上。

但得到的金剛石膜的電阻率依然很高。

陳舟又看了一眼四十三所的實驗數據,隨即開始在草稿紙上整理可以作為氮源和磷源的物質。

在陳舟沉浸在研究中時,房間外的天色已經漸漸暗了下來。

“陳舟。”

被沈靖的聲音喊醒,陳舟疑惑的抬起頭看著沈靖。

沈靖指了指電腦:“數據分析完成了。”

“噢。”陳舟應了一聲,起身走到沈靖旁邊看了一眼。

分析的結果和他的預料基本上沒有多大差別。

“發給我,我做最后的處理。”

沈靖點點頭:“好。”

陳舟轉身就準備走回座位,這時沈靖拽住了他,指了指電腦屏幕的右下角。

陳舟看了一眼,這才驚覺居然已經六點半了。

想了想,陳舟并不打算在四十三所加班,還是回酒店舒服些。

于是,兩個人把資料整理好,跟彭飛那邊說了一聲,便離開了四十三所。

陳舟本來還奇怪彭飛居然一下午沒過來找他,打電話時才明白過來。

彭飛這會正忙著金剛石薄膜成品的收集呢。

采用改進工藝制備的金剛石薄膜已經完成。

聽彭飛的意思,陳舟估計他今晚又會熬夜加班。

而且還不知他一個人……

在外面簡單的吃了晚飯,陳舟和沈靖就回到了酒店。

沈靖本打算像先前一樣跟到陳舟房間的,結果被陳舟攔了下來。

“晚上好好休息,明天有你忙的。”丟下這么一句話,陳舟就關門進了房間。

門外,沈靖看著被關上的房門,嘀咕道:“這該不會是閉關吧?”

房間里,陳舟迅速打開電腦,掏出草稿紙和錯題集。

“就在今晚了……”

只掃了一眼,下午的思路便接續上了。

陳舟再次沉浸于n型摻雜和共摻雜的問題研究中。

原本特意準備的一沓嶄新的A4草稿紙,隨著時間的推移,漸漸變薄。

而他一直所心疼的筆芯,也在以一種超乎常理的速度,不斷流逝在草稿紙上。

錯題集上的內容,也在不斷的增減著。

“不管氮源和磷源的采用的是什么,目的就只有一個……”

“不管裝置內的系統是什么樣的,它都始終只為了制備出摻雜的金剛石薄膜……”

陳舟的思路變得清晰起來,方向也逐漸明確。

在四十三所的共摻雜實驗中,裝置內并沒有采用多余的系統作為輔助。

但其實,如果有其它系統輔助的話,可能結果會更好也說不定。

這是國外的一篇文獻給陳舟的啟發。

把寫滿的草稿紙拿到一邊,換上一張新的草稿紙,再把筆芯換上滿水的。

陳舟在草稿紙上寫到:

在NiMnCo—C系統中,采用P2N5、羰基離子粉末和磷粉末在高溫高壓下混合,提供氮源和磷源,以此方法摻雜金剛石……

寫完這句話,陳舟突然笑了出來。

“這么簡單的道理,為什么我還想了這么久?”

相比單純的氮摻雜金剛石,sp3CH3形式的H原子更容易摻入磷—氮共摻的金剛石晶格中,提高共摻雜金剛石的質量。

因為在磷—氮共摻系統中,磷原子摻入后產生許多缺陷,形成了碳原子懸掛鍵,有助于氫原子摻入金剛石晶格。

而氫原子可以刻蝕sp2相,有利于高質量金剛石薄膜的沉積。

“系統和氮源、磷源確定后,那共摻雜實驗剩下的問題,就好解決了……”

陳舟說著,把放在一旁的幾張草稿紙拿了過來。

這是在研究氮源和磷源時,針對不同情況,陳舟所做的參數研究。

這會,正好拿來驗證。

一般的襯底溫度、摻雜濃度、工作壓力等等等等,通過錯題集的試錯,很快就能得到一個大致區間。

再經過分析模型的驗證,再回轉到錯題集進一步試錯。

那就成了!

把共摻雜的問題一解決,那n型摻雜的問題,也就是鋪在紙面上的答案了。

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