由于其超高硬度，人造金剛石已廣泛應(yīng)用于先進制造和機械工程。另一方面，作為一種超寬帶隙半導體，金剛石由于其出色的物理性能，最近在電子工業(yè)中顯示出巨大的潛力。然而，與硅基電子產(chǎn)品一樣，金剛石的電氣性能應(yīng)該經(jīng)過良好的調(diào)制，然后才能實際用于電子設(shè)備。

       近日，香港城市大學陸洋教授與合作者簡要回顧了生產(chǎn)高質(zhì)量電子級人造金剛石的最新進展，以及幾種典型策略，從傳統(tǒng)的元素摻雜到新興的“彈性應(yīng)變工程”（ESE），用于調(diào)整微加工金剛石的電氣和功能特性。作者還簡要展示了金剛石的一些器件應(yīng)用演示，并概述了阻礙金剛石作為功能器件進一步實際應(yīng)用的一些剩余挑戰(zhàn)，并為未來的功能性金剛石發(fā)展提供了一些展望。

       相關(guān)成果以“Tuning diamond electronic properties for functional device applications”為題發(fā)表在 Functional Diamond 上。

       作為自然界中最堅硬的材料，金剛石已廣泛應(yīng)用于先進制造和模具行業(yè)。最近在制造高質(zhì)量單晶金剛石方面的進展也帶來了前所未有的機遇，由于其出色的電學性能和性能指標，金剛石作為寬帶隙半導體的功能器件應(yīng)用。電子級金剛石的需求不斷增長，推動了人造金剛石的研發(fā)（R&D），尤其是用于增長晶圓級電子級SCD的最新CVD技術(shù)。

       不含摻雜的本征金剛石由于其超寬帶隙而表現(xiàn)出電絕緣行為。因此，在將金剛石應(yīng)用于電子設(shè)備之前，需要對其進行調(diào)節(jié)。研究人員提出了包括元素摻雜、表面改性、相工程和應(yīng)變工程在內(nèi)的一系列策略，并對此進行了綜述。還介紹了金剛石的器件應(yīng)用。此外，NV中心在金剛石中的特定性質(zhì)為金剛石在量子信息和量子傳感應(yīng)用中的應(yīng)用帶來了光明的未來。

       調(diào)節(jié)金剛石電性能的策略：元素摻雜、表面工程、相工程、應(yīng)變工程和缺陷工程

       最后，盡管金剛石作為一種有前途的電子材料具有很大的潛力，但仍有許多挑戰(zhàn)需要解決。對于大尺寸（達到晶圓規(guī)模）和高質(zhì)量金剛石的生長，挑戰(zhàn)包括提高晶體質(zhì)量（單晶度），降低表面粗糙度和內(nèi)部缺陷，在不影響尺寸和質(zhì)量的情況下提高生長速度，以及開發(fā)用于應(yīng)變工程和器件集成的均勻外延生長技術(shù)。對于應(yīng)變工程器件的金剛石平面加工技術(shù)的發(fā)展，一些困難包括控制晶體取向、精確的幾何形狀以及表面形貌和形貌。而實現(xiàn)高導電率金剛石的高效n型摻雜是金剛石微電子應(yīng)用的另一個挑戰(zhàn)。隨著該領(lǐng)域的快速發(fā)展，這些問題將逐漸得到解決，我們將在不久的將來見證功能性金剛石應(yīng)用的興起。

       文獻信息

       Anliang Lu, Limin Yang, Chaoqun Dang, Heyi Wang, Yang Zhang, Xiaocui Li, Hongti Zhang & Yang Lu (2022) Tuning diamond electronic properties for functional device applications, Functional Diamond, 2:1, 151-165, DOI: 10.1080/26941112.2022.2151322

來源：Carbontech