輻射伏特同位素電池(簡稱輻伏同位素電池)與目前使用的化學(xué)能和太陽能電池相比,具有使用壽命長、單位能量密度高、耐惡劣環(huán)境和免維護等優(yōu)點,在太空、極地、深海和荒漠等特殊環(huán)境中具有巨大的應(yīng)用潛力。與其他半導(dǎo)體材料相比,金剛石具有最寬的帶隙、高載流子遷移率、最高的熱導(dǎo)率、良好的化學(xué)惰性和優(yōu)異的抗輻射性能,是用作輻伏同位素電池換能單元的最理想的候選材料。然而,基于金剛石的輻伏同位素電池換能單元研究較少,尤其是基于平面型肖特基勢壘二極管的結(jié)型器件。本論文以用于輻伏同位素電池換能單元的結(jié)型器件研究為背景,詳細研究了同質(zhì)外延單晶金剛石膜的制備、表征及平面型肖特基勢壘二極管設(shè)計與制作,有望為金剛石輻伏同位素電池的研究提供新路線。具體研究內(nèi)容如下:(1)為了獲得低缺陷密度和粗糙度的高質(zhì)量電子級金剛石膜,設(shè)計了兩種不同幾何結(jié)構(gòu)樣品臺(梯形和平面圓柱形樣品臺),對比了樣品臺結(jié)構(gòu)對同質(zhì)外延單晶金剛石膜生長的影響。結(jié)果表明:在同種生長條件下,平面圓柱形樣品臺生長的單晶金剛石膜具有更光滑的表面、低的缺陷密度和高的質(zhì)量,更適合于生長用于制作器件的金剛石膜。(2)基于平面圓柱形樣品臺結(jié)構(gòu),采用硼烷為摻雜源,研究了摻雜金...

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 金剛石基輻伏同位素電池研究現(xiàn)狀
    1.3 金剛石肖特基勢壘二極管研究現(xiàn)狀
        1.3.1 金剛石的摻雜
        1.3.2 金剛石肖特基勢壘二極管
    1.4 課題研究意義及研究內(nèi)容
        1.4.1 課題研究意義
        1.4.2 研究內(nèi)容
2 實驗設(shè)備及表征手段
    2.1 微波等離子體化學(xué)氣相沉積(MPCVD)系統(tǒng)
    2.2 磁控濺射鍍膜系統(tǒng)
    2.3 表征手段
        2.3.1 金剛石質(zhì)量表征
            2.3.1.1 激光拉曼光譜
            2.3.1.2 X射線衍射
        2.3.2 表面形貌表征
            2.3.2.1 光學(xué)顯微鏡
            2.3.2.2 原子力顯微鏡
        2.3.3 電學(xué)性能表征
            2.3.3.1 四點探針測試儀
            2.3.3.2 霍爾效應(yīng)測試儀
            2.3.3.3 IV曲線測試系統(tǒng)
        2.3.4 其他表征手段(光學(xué)發(fā)射譜)
3 摻硼金剛石的制備與表征
    3.1 外延金剛石膜的生長工藝條件
        3.1.1 基片預(yù)處理
        3.1.2 CVD金剛石的生長參數(shù)
    3.2 樣品臺結(jié)構(gòu)對單晶金剛石的影響
        3.2.1 不同樣品臺結(jié)構(gòu)對生長速率和表面形貌的影響
        3.2.2 不同樣品臺結(jié)構(gòu)對晶體質(zhì)量的影響
        3.2.3 小結(jié)
    3.3 不同生長溫度對摻硼單晶金剛石的影響
        3.3.1 不同生長溫度對摻硼單晶金剛石表面形貌的影響
        3.3.2 不同生長溫度對摻硼單晶金剛石晶體質(zhì)量的影響
        3.3.3 不同生長溫度對單晶金剛石導(dǎo)電性能的影響
        3.3.4 小結(jié)
    3.4 不同摻硼濃度對單晶金剛石的影響
        3.4.1 不同摻硼濃度對單晶金剛石表面形貌的影響
        3.4.2 不同摻硼濃度對單晶金剛石晶體質(zhì)量的影響
        3.4.3 不同摻硼濃度對摻硼單晶金剛石電學(xué)性能的影響
        3.4.4 小結(jié)
    3.5 本章小結(jié)
4 平面型金剛石肖特基結(jié)的制作與性能測試
    4.1 金屬半導(dǎo)體接觸原理
        4.1.1 歐姆接觸
        4.1.2 理想肖特基接觸
        4.1.3 真實肖特基接觸
        4.1.4 肖特基結(jié)的偏置
    4.2 肖特基結(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
        4.2.1 金剛石肖特基結(jié)電極結(jié)構(gòu)設(shè)計
        4.2.2 肖特基和歐姆接觸金屬電極材料的選擇
            4.2.2.1 肖特基金屬電極材料的選擇
            4.2.2.2 歐姆金屬電極材料的選擇
    4.3 肖特基結(jié)的制作
        4.3.1 金剛石摻雜層的沉積
        4.3.2 金剛石摻雜層的表面氧化
        4.3.3 金屬掩模版的設(shè)計
        4.3.4 金屬掩模制作歐姆電極及退火
        4.3.5 肖特基電極的沉積
    4.4 不同摻雜濃度金剛石肖特基結(jié)型器件的電學(xué)性能測試
        4.4.1 整流性能
        4.4.2 肖特基勢壘高度和理想因子
    4.5 本章小結(jié)
結(jié)論
展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果



本文編號：3759442