硼-氢-磷三元素共掺杂的稳定 N 型单晶金刚石
应用物理
2026-04-27 v1
摘要
金刚石作为极端电子器件的优异半导体，然而可重复实现 n 型掺杂长期以来一直是挑战。我们演示了通过精确控制的硼-氢-磷三元素共掺杂策略，在单一步骤中生长出稳定的 n 型单晶金刚石。Hall 测量结果表明，电子浓度可达 1.0×10^19 cm^-3，电阻率低至 0.249 ohm·cm。二离子质谱显示，三元素共掺杂是实现 n 型导电的关键，因为电子浓度超过掺入的磷浓度，且与氢和硼浓度水平相同，这支持了超出孤立掺入磷或仅硼-氢共掺杂的捐献机制。温度依赖光致发光 (PL) 表明，三元素共掺杂方法诱导了杂质带，捐献能级约为 61.6 meV，与温度依赖电阻测量结果一致。此外，共掺杂金刚石也表现出强烈的紫外发射，波长在 270-285 nm 之间，其内部量子效率估计为 69.4%，而未共掺杂的金刚石或仅掺入硼的金刚石则几乎没有 UV 发射。这些结果为实现低电阻高光致发光的 n 型金刚石及其基芯器件提供了实用路径。
引用
@article{arxiv.2604.22163,
title = {The boron-hydrogen-phosphorus tri-elements co-doped stable N-type single crystalline Diamond},
author = {Hongjia Bi and Shaoqi Huang and Feiteng Wu and Jiarui Guo and Minhui Yang and Yunzhen Wu and Mengze Zhao and Kaihui Liu and Shisheng Lin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.22163},
year = {2026}
}