利用浅层氮空位中心探测氢终止金刚石的表面转移掺杂

氢终止金刚石的表面导电性在科学和技术层面都备受关注。这主要归因于其在无需替代掺杂的情况下即具有极高导电性，从而支撑了广泛的电子应用。尽管该导电性通常被解释为源于空气传播表面受体的表面转移掺杂，但对于控制能带弯曲程度和空穴密度（电子器件设计中的关键因素）的主要决定因素仍存在不确定性。在此，我们通过不同注量的氮离子注入，在氢终止金刚石表面下方制备浅层氮空位（NV）中心，从而阐明了影响能带弯曲的主导因素。我们测量了 NV 中心的光致发光与光探测磁共振（ODMR），以及表面导电性随氮注入注量的变化。导电性随氮注入注量增加而消失，与带负电 NV 中心的光致发光和 ODMR 信号出现相吻合。该结果表明，能带弯曲并非仅由金刚石与表面受体材料间的功函数差决定，而是取决于表面受体的有限密度。本工作强调在建立表面转移掺杂模型时，区分功函数差限制型能带弯曲与表面受体密度限制型能带弯曲的重要性，并为基于氢终止金刚石的器件开发提供了有益见解。