D维8卷第期ssn1001033x.196牝.紫科技大学学报 Vol.18 No.2 1994 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.1996 用热激发电流法研究金刚石薄膜中的陷阱* 崔聪悟)王建军) 马星桥) 伍瑜到 1)中国科学院高能物理研究所同步辐射室，北京100039 2)北京科技大学材料科学与工程系，北京1000833)北京科技大学物理系，北京100083 摘要对微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)的硅村底金刚石薄膜，做了在液氮温区注入载流 子，升温测其电流一温度关系的实验.观察到s一gDwm样品有明显的热激发电流峰.重复实验 时，峰基本消失.经氢等离子体在~900℃处理2.5h后，再重复实验，该峰又出现.推断热激 发电流峰是由硅衬底金刚石薄膜内氢致陷阱中的载流子撤空引起的，这些能级在金刚石禁带中 的陷阱是可以通过适当热处理消除的， 关键词金刚石膜，缺陷/热激发电流 中图分类号TN304.1,0484.4 金刚石薄膜（以下简称DF)的许多优良电学和光电特性已为人所知，但由于沉积工艺的 影响，可能会使薄膜中含有各种各样的杂质和结构缺陷，如位错、层错、孪晶、填隙原子和空位 等川.这些杂质和缺陷可能在金刚石禁带中引人各种能级，甚至是准连续的能级，从而对金刚 石的电学、光学、光电导等性质产生重大影响.例如Jos等四认为位错可能导致一个在金刚 石带隙中的能级分布，这些能级既可能作为俘获电子的正电荷中心，又可能作为俘获空穴的 负电荷中心；在多晶DF中，高密度的各种结构缺陷既可能是载流子的陷阱，又可能是载流子 的复合中心，因此，对DF中的各种杂质及缺陷引起的陷阱进行研究，对研究DF的电学、光学 和光电导性质有重要意义. 研究半导体中载流子陷阱的方法有多种，本文将采用一种较为简单易行的方法一热激发电 流(TSC)法对Si衬底金刚石薄膜中的陷阱进行研究， 1实验 本文所用样品为微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法制备的单晶硅(100取向)衬 底金刚石薄膜.E1为在低温条件下沉积的，G3为在高温条件下沉积的，样品用过X射线衍 射、Raman光谱测量确认金刚石相，并进行电镜观察、室温测伏安特性等实验，但没有进行 过热处理.其沉积条件及膜厚如表1所示， 实验电路示意图如图1.用惠普7151数字万用表测量样品上所加直流电压.用电压比较法 获得通过样品中的电流.用碳胶获得电性测量的欧姆接触，电极面积约2m. 实验过程中，样品装在一个封闭金属盒子内（无光照），通过屏蔽电缆与实验电路连接.用 铜一康铜热电偶置于样品表面处以探测样品温度，样品与热电偶均与金属盒子无接触， 1995-09-10,收稿。第一作者27岁顾士 ◆国家“863计划”项日第 18 卷 第 2 期 北 京 科 技 大 学 学 报 l , 拓 年 4 月 oJ um a l o f U亩 v e sr iyt o f S d e n c e a n d eT hc n o l o g y eB ij in g V d . 18 N o . 2 AP r . 1侧润i 用 热激发 电流法 研究 金 刚石 薄膜 中的陷阱 崔聪悟 ’ ) 王 建军 ’ ) 马星 桥 ’ ) 伍瑜 ’ ) l) 中国科 学 院高能物理 研究所同 步辐射 室 , 北 京 l (0 〕3 9 2) 北京科技大学材料科学与 工程系 , 北 京 l〕 x 犯3 3 ) 北京科技大学物理系 , 北京 l仪洲〕8 3 摘要 对微波等离子 体化学气相 沉积 (M P〔:V D ) 的硅 衬底金 刚石薄膜 , 做 了在液 氮温 区 注人 载 流 子 , 升温测其 电流 一 温度 关系 的实验 . 观 察到as 一 gor wn 样 品有 明显 的热激 发 电流峰 . 重复 实验 时 , 峰基 本消失 . 经氢等离子 体在~ 驯) ) ℃ 处理 .2 5 h 后 , 再重 复 实验 , 该 峰又 出现 . 推断 热激 发电流峰是 由硅衬底金刚石薄 膜 内氢 致 陷阱中的载流子撤空 引起的 . 这些能级在金 刚 石禁 带 中 的陷阱是可 以通过适 当热处 理消除的 . 关键词 金刚石膜 , 缺 陷/ 热激 发电流 中图分类号 T N 3( 科 . 1 , (渊名4.4 金 刚石 薄膜 ( 以下 简称 D F ) 的许 多优 良电学 和 光 电特 性 已 为 人所 知 , 但 由于沉 积工 艺 的 影 响 , 可能会使薄膜中含有各种各样的杂质和结构缺陷 , 如位错 、 层错 、 孪晶 、 填 隙原子和空位 等 11] . 这 些杂 质和缺 陷可 能在金 刚石禁 带 中引人各 种能 级 , 甚 至是准连续的能级 , 从而 对金刚 石的 电学 、 光学 、 光 电导等性 质产 生重大影 响 . 例如 oJ n es 等 l2] 认为位错 可能 导致一个 在 金 刚 石带隙中 的能级分 布 , 这 些能级 既 可能作 为俘获 电子的正 电荷 中心 , 又 可能作 为俘 获空 穴 的 负 电荷 中心 ; 在多晶 D F 中 , 高密度的各种结构缺 陷既可能是载流子的 陷阱 , 又 可能是 载 流子 的复合中心 . 因此 , 对 D F 中的各种杂质及缺 陷引起 的陷阱进行研究 , 对研究 D F 的电学 、 光学 和光 电导性质 有重要 意义 . 研究 半 导体 中载 流子 陷阱 的方法有 多种 . 本文将采 用一种较为简单易行的方法一 热激发电 流 (铭 C ) 法 对 iS 衬底 金刚 石薄膜 中的 陷阱进 行研 究 . 1 实验 本文 所 用样 品为微 波等 离子体 化学 气相 沉 积 (M P C V D ) 方 法 制 备 的 单 晶硅 ( 10 取 向) 衬 底 金 刚石 薄膜 . E I 为在低 温条件 下沉 积 的 , G 3 为在 高温条 件下沉 积 的 . 样 品 用 过 X 射线衍 射 、 R a aln n 光 谱测 量确 认金 刚石相 , 并进 行 电镜 观 察 、 室温测伏安 特性等 实验 , 但 没有 进行 过 热处理 . 其 沉积 条件 及膜 厚如表 1 所示 . 实验 电路 示意 图如 图 1 . 用 惠普 7 1 51 数 字万用表测量样品上所加直流 电压 . 用 电压 比较法 获 得通过 样 品 中的电流 . 用碳 胶 获得 电性测 量 的欧姆 接触 , 电极面积 约 Z nmr 2 . 实验 过程 中 , 样 品装在一个封闭金属盒子内 (无光照 ) , 通过屏蔽电缆 与实验 电路 连接 . 用 铜 一 康铜 热 电偶置 于样 品表 面处 以探 测样 品温 度 , 样 品与热 电偶 均 与金属盒 子无 接触 . l卯5 一 的 一 10 收稿 第一 作者 27 岁 硕 士 . 国 家 “ 8 63 计划 ” 项 目 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1996. 02. 010