纳米金刚石薄膜微观结构和场发射性能研究(5)
（3）生长过程掺杂法（CVD 过程中掺杂）
将掺杂原子以等离子体的形式引入CVD 生长金刚石薄膜过程中，可获得掺杂金刚石薄膜[23,24]。生长过程掺杂是金刚石膜掺杂中研究最多的一种掺杂方法。Kato 等[25]用微波等离子体CVD 装置，以磷作为N 型掺杂源，制备了N 型金刚石。他们发现在室温下空穴的迁移率为350 cm2/V•s，当温度降低到260 K时，迁移率增加到450 cm2/V•s，这在磷掺杂的N 型金刚石中还是最高的。但是相比B 掺杂的P 型金刚石来说还是差的很远，在室温下B 掺杂的金刚石的电子迁移率为1 840 cm2/V•s[26]。Ramamurti 等[27]还报道了用微波等离子体辅助CVD 法，用Si 和SiO2 做为基体，以乙硼烷做为P 型掺杂源，制备了P 型金刚石。他们主要研究了要使P 型金刚石有一定的传导率，在不同气压下所需硼烷的比率。在4665 Pa H2/CH4 等离子体中硼烷是0.012 mg/L，而在12.6 kPa Ar/ H2/CH4 等离子体中硼烷是0.0012 mg/L。
1.4.2金刚石薄膜的掺杂方式
（1）金刚石膜的n型掺杂
金刚石作为电子器件的应用，要求杂质是全激活能型的，必须掺入浅n型或p型杂质。掺杂剂的浓度、补偿度、分布和它的激活性等直接影响着器件的性能。到目前为止，金刚石薄膜n型掺杂面临着很大的困难。由于室温下缺少浅的施主，目前尚未得到品质良好的n型金刚石半导体，以磷为掺杂物质制备的n型金刚石薄膜的电阻率高达10-100Ω•cm，电子迁移率很低，远远满足不了制备微电子器件的技术要求，也使金刚石在半导体电子器件的制造方面受到限制[28,29]。
在金刚石n型掺杂工艺过程中可供选择使用的施主元素有:I族元素(Li，Na)、V族元素(N，P)、VI族元素(O，S)。I族元素一般以间隙点的形式进行掺杂，以此方式掺入金刚石晶格中的I族元素Li或Na，其最外层有一个自由电子，此电子比较容易跃迁到导带，从而使掺杂后的金刚石表现出n型半导体的特征。但金刚石中碳原子排列紧密，使得间隙式掺杂的效果受到严重的制约。目前，还没有文献能够清楚地给出Li掺杂金刚石薄膜的电学特性，Li的n型掺杂还有待于进一步的探讨。
（2）金刚石膜的p型掺杂
金刚石薄膜的p型掺杂主要是硼为主。由于硼原子半径较小，硼在金刚石中是浅受主杂质，并且在金刚石中的溶解度较小，所以硼掺杂后的金刚石薄膜电阻率急剧下降，目前硼掺杂p型半导体的研究己经取得了很大的进展，通过采用硼掺杂制备的p型金刚石薄膜，电阻率己达到0.025Ω•cm，其中硼的激活能为0.37eV，掺硼金刚石薄膜半导体已经达到应用的要求。
金刚石膜的硼掺杂一般是在金刚石生长过程中采用CVD方法掺杂或者是在生长后通过离子注入方法掺杂。硼的三种形态( 气态、液态、固态) 均可作为硼源, 在金刚石生长同时掺杂。表1.1 对金刚石薄膜掺硼方法进行比较
表1.1 金刚石薄膜掺硼方法比较
硼源 掺杂工艺 优点 缺点
气态鹏化合物
（如B2H6） 将含硼气体直接混入反应气体中，金刚石生长同时掺杂 硼掺杂易于易于控制 气体硼化合物多具有毒性
液体含硼物质 利用液体的挥发性将硼源掺入反应气体，金刚石生长同时掺杂 硼掺杂易于控制，毒性减轻 液体含硼物质具有腐蚀性
固体含硼物质（如氧化硼，单质硼等） 将硼源置于反应室，高温气化，与反应气体混合，金刚石生长同时掺杂 无毒，无腐蚀性 硼掺杂量难于控制