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纯净的金刚石晶体内无自由电子,是一种良好的绝缘体,室温下其电阻率为1013Ω·cm。当金刚石中掺入少量硼原子后可使其电阻率下降,成为典型的半导体材料。含硼金刚石具有禁带宽、击穿场强高、载流子迁移率高、介电常数低和导热性能好等优异的半导体性能。同时,由于它具有化学稳定性好、硬度高、耐磨性和抗辐射能力强等特点,特别适合制造可以在较高的温度和恶劣的环境下工作的高性能电子元器件,是一种有发展前途的高温、大功率半导体材料。 鉴于国内外对高温高压方法合成的颗粒状含硼金刚石单晶的电学性能研究较少的现状,本文采用自行设计、制备的电阻—温度测量装置对含硼金刚石的电阻—温度特性进行测定,进而分析含硼金刚石的电学性能。利用体视显微镜、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)等现代分析和表征手段,系统研究了普通金刚石和含硼金刚石的形貌、结构以及硼的掺入状态。此外,利用差热分析仪、静压强度测定仪对金刚石的常用性能进行了测定。 以掺杂硼铁粉的铁基触媒,配以石墨为碳源,在高温高压条件下合成出具有六—八面体晶型、抗压强度为MBD6级的含硼金刚石单晶。 对普通金刚石和含硼金刚石的形核率、单晶颗粒的大小、晶型、颜色以及晶面的微观组织形貌对比研究表明,随着铁基触媒中硼含量的增加,金刚石的形核率先上升后下降,粒度逐渐变大,颜色也逐渐加深。含硼金刚石表面有阶梯状生长台阶、河流状结晶、树枝状结晶等花纹图样。 电子探针(EPMA)研究证实,含硼金刚石表面有硼元素的存在,但强度信号较弱。随着触媒中硼含量的增加,硼元素的信号有所增强,且(111)晶面的硼含量大于(100)晶面。 XRD谱和Raman谱分析都表明,含硼金刚石与普通金刚石的物相基本相同,都为立方结构,其中含硼金刚石的(111)面特别发达,因而八面体晶型呈现数量较多。硼原子进入金刚石晶格后,使Raman谱线位移向低波