金刚石辐射探测器级材料制备和器件性能研究

金刚石作为新一代超宽禁带半导体材料，具有超强的抗辐照特性，皮秒级的超快时间响应，极高 的热导率，极高的击穿场强，使其成为下一代强辐射场核探测器的理想材料。近年来，我国在金刚石 辐射探测器的电荷收集效率等方面取得了突破性进展，金刚石材料和器件结构相关研究也逐步发 展。本报告将具体介绍金刚石在辐照探测器和器件等领域的最新研究进展，以及西安电子科技大学 在相关领域取得的重要成果。

面向射频应用的金刚石材料和器件

金刚石具有临界击穿场强、饱和漂移速度大、介电常数小等电学特性，同时具有最高的材料热导 率，继氮化镓后金刚石有望成为下一代高功率射频器件的候选。但金刚石大的禁带宽度也带来掺杂 困难等诸多问题。近些年，表面氢终端技术已经成为金刚石高频大功率射频器件研究的首选，在材 料外延机理、沟道载流子输运、表面介质修饰、金半接触机制、器件物理模型等方面，仍面临着系列关 键科学和技术问题需要解决。

金刚石信息功能传感和电子器件

Diamond with an ultra- wide bandgap (UWBG) energy 5.5 eV shows potential perfor-mance that is extraordinarily superior to those of the currently available wide-bandgap semiconductors for optoelectronic and microelectromechanical systems (MEMS) devices. Due to the UWBG energy and strong bonds, diamond is intrinsically insulating, an excellent candidate for solar-blind deep-ultraviolet (DUV) and high-reliability radiation detectors. Semiconductor diamond enables a potential blocking voltage of 33 times, a power efficiency of 50,000 times, and a high-speed merit of 1200 times than those of Si for high-power and high-frequency electronic devices. The highest thermal conductivity, non-existence of native oxides, and high insulation offer the lowest mechanical energy loss for high-reliability and high-sensitivity MEMS sensors. In this talk, we present the recent research on optical sensors, MEMS sensors and electronic devices, based on high-quality single-crystal diamonds.

高灵敏性金刚石热敏电阻器件研究新进展

基于金刚石NV色心的量子传感前沿进展和产业化关键技术

金刚石NV色心是目前最为优异的固态自旋量子材料。得益于金刚石高透明度、坚固、耐酸耐碱等特性，NV色心在高分辨磁场成像、生物物理研究、极端条件传感、医疗诊断等应用领域体现了重大的应用价值。不过，从实验室走向产业化，还需要克服一些技术难题。本报告总结了金刚石NV色心目前已经实现的一些重要应用，和一些未来极具可能的应用前景；并列举了一些可进一步优化金刚石基底制备的技术，以加强NV色心性能和促进相关传感应用。

反型沟道金刚石功率器件栅氧界面的研究进展

我们聚焦于金刚石表面OH终端修饰以及反型沟道金刚石MOSFET的制备及关键工艺研发、氧化物/金刚石界面和近界面陷阱表征。基于开发的OH终端金刚石表面，对影响器件迁移率的栅氧界面进行了重点研究。具体而言，我们采用高低C-V法、同时C-V法和考虑表面电位波动的电导法来分析界面陷阱的性质。就宽带隙半导体而言，半导体带边附近的近界面陷阱也会捕获载流子，降低沟道迁移率和器件稳定性。因此，我们重点研究了累积条件下电容和电导的频率依赖性，建立了等效模型，定量评估了金刚石价带附近近界面陷阱的分布。金刚石MOS栅氧界面的系统性研究对探索提升MOSFET器件性能的方法至关重要。

一维金刚石纳米线制备及光电探测性能研究

金刚石由于具有超大带宽、高热导率以及抗辐照硬度等优点，是一种非常优异的日盲紫外探测器用的半导体材料。为了获得优异的日盲紫外探测性能，目前大量的研究主要集中在优化器件的结构设计方面（如具有光电导或肖特基接触的金属M-半导体S-金属M型结构或p-n结）。众所周知，金刚石无法实现有效的n型掺杂导致pn结器件制备面临挑战，MSM器件中单晶块体或薄膜中电场分布不均匀使器件的光响应度无法进一步提升。针对该问题，本工作采用具有大的比表面积和强的光吸收能力的一维单晶金刚石纳米线为研究对象，基于光生载流子沿纳米线表面定向传输实现器件光响应度的提高；同时提出一种基于高择优取向的金刚石多晶薄膜制备高质量单晶金刚石纳米线的方法。该方法分为两步，第一步是采用微波等离子体化学气相沉积方法制备[001]取向的微米/纳米金刚石复合薄膜，第二步采用高温空气退火的方法将上述薄膜中纳米金刚石选择性刻蚀，保留微米金刚石颗粒，从而形成大量的单晶金刚石纳米线。对单晶金刚石纳米线制备MSM器件，在220nm处响应度达到>103 A/W。