第259章 p型、n型、共掺杂
陈舟先把沈靖整理好的10组实验数据进行了汇总，然后便开始参照薄膜制备工艺的研究方法。
先通过大量的文献资料，把所有的问题摆出来，寻找解决的思路。
再结合四十三所的这10组实验数据，通过错题集进行试错。
而沈靖，则被陈舟安排了和张一凡一样的任务。
那就是，他需要和方结明一起，构建掺杂实验的分析模型。
“p型掺杂的硼源的选择是B（CH3）3，这点应该没有问题。”
“因为B（CH3）3作为硼源，有利于硼原子掺入金刚石晶格中的替代位置，可以提高硼的掺入效率……”
“……不同金刚石衬底晶面对制备的硼掺杂金刚石载流子迁移率的影响……”
“……从实验数据和文献资料来看，分别在（100）、（110）、（111）面单晶金刚石衬底上制备硼掺杂金刚石层时……”
“……（111）和（110）面金刚石衬底的晶格缺陷捕获了大量硼原子，降低了硼原子的掺入效率，并且存在较强的杂质散射，使迁移率低于（100）面金刚石衬底……”
“所以……”
陈舟脑海中的思路十分清晰。
所有关于p型掺杂金刚石的内容，在他的脑海中不断的被过滤和筛选。
他在把思路转变为明确的方向。
同时，陈舟手中的笔也在草稿纸上不断的书写着。
在外人看来，他写在草稿纸上的内容，可能并没有什么规律。
但是在陈舟眼里，他正在一步步接近自己的目标。
上午11点。
彭飞来到了这间小办公室。
他脸色兴奋的神色还没完全褪去，整个人的精神状态仍旧异常亢奋。
陈舟看到他的样子，都有些担心，这人会不会突然……倒了？
不过陈舟还没说话，彭飞已经先说道：“你交给我的任务，全部搞定了！所有资料，我已经通过内网发到你面前的电脑上了！”
陈舟把电脑上的页面最小化，在电脑里查找了一下，就看到了彭飞整理的资料。
陈舟抬头跟彭飞表示：“我看到了。”
彭飞这时走到陈舟身边，就这么看着陈舟，也不说话。
陈舟奇怪的抬头看了看他：“怎么了？”
彭飞这才说道：“还有什么需要帮忙的吗？”
看到彭飞眼里闪烁着的神采，陈舟不由得笑了笑，这家伙帮忙还能上瘾的？
轻轻摇了摇头，陈舟说道：“暂时没有了。”
听到陈舟的话，彭飞有一瞬间的失落。
注意到彭飞的表情变化，陈舟想了想，又补充道：“我建议你先去休息，后面还会有不少事情。”
闻言，彭飞立即看向陈舟，赶紧说道：“没问题！我吃完饭就去睡觉！”
中午，陈舟和沈靖也是在四十三所的食堂简单吃了午饭。
吃饭时，沈靖还忍不住打趣了一句：“陈舟，那个彭工快成你迷弟了……”
陈舟对此倒是没多说什么。
迷弟不迷弟的无所谓，主要是有帮手的感觉，真好呀~
午饭过后，短暂的休息了十分钟，陈舟便再次坐在了电脑前。
p型掺杂的问题，相对简单，他的方向已经摸准了。
想了想，陈舟看向沈靖问道：“学长，你们构建的分析模型怎么样了？”
沈靖回头说道：“还差一点。因为你要求的模型要具有针对性，所以p型掺杂、n型掺杂、共掺杂的模型，我们充分考虑了实验的各方面因素来构建的。不过，也快了。”
“好。”陈舟应了一声，不再说话。
既然沈靖和方结明那边已经跟上的话，那下午就先从p型掺杂的试错开始吧。
把n型掺杂和共掺杂的问题，暂时搁置一下。
错题集上，关于p型掺杂实验理论研究的内容，已经经历过一波抛物线的走向。
上午，在陈舟刚开始入手研究p型掺杂问题时，错题集上是刷刷刷的堪比印刷机一般。
就把陈舟看过的内容全部印了上去，直至到达一个波峰。
后来，随着陈舟对问题研究的深入，错题集上记录的内容开始发生了改变。
有些旧内容被新内容覆盖，有些内容则是完全消失。
旧内容被新内容覆盖，则意味着研究方向的清晰。
而消失的内容，则代表着陈舟已经解决了相应的问题。
现在，错题集上即将再次上演一波抛物线走向。
“金刚石衬底的晶面选择……”
“反应压力、温度……”
“硼源的掺杂浓度……”
结合四十三所已经完成的10组实验数据，陈舟开始p型掺杂实验的试错。
一个小时后，陈舟拿出一张新的草稿纸，在草稿纸上写下一系列的实验参数。
然后起身走到沈靖身旁，把草稿纸甩给了沈靖。
沈靖拿到草稿纸后，微微一愣，旋即开始和方结明沟通，进行模型分析。
陈舟则再次回到座位坐好。
接下来，该轮到n型掺杂和共掺杂的问题了。
n型掺杂和共掺杂的问题，相比于p型掺杂，则要难上许多。
“第一次实现金刚石n型掺杂是在（111）面金刚石衬底上进行的，而且样品在很宽的温度范围内都表现了n型半导体传到特性……”
“在温度500K时，霍尔迁移率在23cm??/（V·s）……”
“但是，相对于（111）面单晶金刚石衬底表面抛光难、缺陷多、尺寸小来说，（100）面取向衬底表面具有原子级的平整程度，缺陷小，外延膜质量也优于（111）面衬底金刚石……”
“可这也并不是绝对的，而且晶面的问题，也不是最为关键的因素……”
想到这，陈舟手中的笔停了下来，习惯性的在草稿纸上点着点。
这是陈舟思路受阻时的表现。
“再梳理一遍文献资料……”
这样想着的陈舟，放下了手中的笔，将目光再次移向电脑屏幕。
手中鼠标的滚轮不断滑动，屏幕上的内容也在不断变化。
但陈舟的眼睛却一眨都不眨。
这些内容，他已经过了一遍了。
现在再看，只是寻找自己有没有漏掉的地方。
好给自己受阻的思路，打开一个缺口。
“磷的掺杂浓度？”
“电子散射机制？”
“不是这部分的内容……”
“……？”
“怎么把这个数据忘了！”
看到这个内容时，陈舟的双眼瞬间明亮起来。
n型掺杂，或者说磷掺杂金刚石，之所以难。
是因为磷原子比碳原子大，很难嵌入金刚石晶格。
当磷原子进入金刚石晶格内，会引起晶格扭曲，影响金刚石中的构型、键型和电荷分布。
磷掺杂金刚石中存在大量空位，也会与磷原子形成结合力很强的磷—空位缺陷。
这种缺陷的能级位于金刚石导带底约的位置上，可以补偿施主，阻碍磷原子的电离。
进而导致难以获得高质量的磷掺杂金刚石薄膜。
虽然磷的能级位于导带底以下，但是这种缺陷却还是存在。
“缺陷的填补……”
陈舟手中的动作加快，鼠标的滚轮不断滑动。
屏幕上的内容被陈舟拉到了共掺杂的部分。
【氮原子处于金刚石晶格中的替代位置，会形成激发能量为的深施主能级，在室温下不导电……】
【理论上，磷可以作为浅施主杂质，但磷原子的半径大于碳原子半径，很难掺入金刚石晶格中……】
【理论表明，磷—氮共掺的方法，也许是克服宽禁带和超宽禁带半导体自身补偿的一种有效方法……】
【……】
看到这，陈舟手中的速度不自觉的慢了下来。
如果氮原子能够填补缺陷，磷原子的掺杂就有了空间……
本来是准备先解决n型掺杂问题的，结果这一思考，问题就跳跃到了共掺杂？
因为四十三所的n型掺杂实验，采用的是磷掺杂。
所以在共掺杂中，他们研究的便是磷—氮共掺的方法。
这也使得陈舟就这样把两者联系在了一起。
陈舟不由得在心中笑了笑，但也随即便决定将n型掺杂和共掺杂的问题放在一块解决。
在共掺杂实验中，最早被作为磷源的是PH3，被作为氮源的是N2。
但是，采用这两种气体进行实验时，得到的结果却并不理想。
制备出来的掺杂金刚石膜的电阻率很高。
随后的实验中，磷源和氮源的选择被不断变更。
像是NH4H2P04这种包含磷元素和氮元素的单一掺杂源，也被应用到了研究上。
但得到的金刚石膜的电阻率依然很高。
陈舟又看了一眼四十三所的实验数据，随即开始在草稿纸上整理可以作为氮源和磷源的物质。
在陈舟沉浸在研究中时，房间外的天色已经渐渐暗了下来。
“陈舟。”
被沈靖的声音喊醒，陈舟疑惑的抬起头看着沈靖。
沈靖指了指电脑：“数据分析完成了。”
“噢。”陈舟应了一声，起身走到沈靖旁边看了一眼。
分析的结果和他的预料基本上没有多大差别。
“发给我，我做最后的处理。”
沈靖点点头：“好。”
陈舟转身就准备走回座位，这时沈靖拽住了他，指了指电脑屏幕的右下角。
陈舟看了一眼，这才惊觉居然已经六点半了。
想了想，陈舟并不打算在四十三所加班，还是回酒店舒服些。
于是，两个人把资料整理好，跟彭飞那边说了一声，便离开了四十三所。
陈舟本来还奇怪彭飞居然一下午没过来找他，打电话时才明白过来。
彭飞这会正忙着金刚石薄膜成品的收集呢。
采用改进工艺制备的金刚石薄膜已经完成。
听彭飞的意思，陈舟估计他今晚又会熬夜加班。
而且还不知他一个人……
在外面简单的吃了晚饭，陈舟和沈靖就回到了酒店。
沈靖本打算像先前一样跟到陈舟房间的，结果被陈舟拦了下来。
“晚上好好休息，明天有你忙的。”丢下这么一句话，陈舟就关门进了房间。
门外，沈靖看着被关上的房门，嘀咕道：“这该不会是闭关吧？”
房间里，陈舟迅速打开电脑，掏出草稿纸和错题集。
“就在今晚了……”
只扫了一眼，下午的思路便接续上了。
陈舟再次沉浸于n型掺杂和共掺杂的问题研究中。
原本特意准备的一沓崭新的A4草稿纸，随着时间的推移，渐渐变薄。
而他一直所心疼的笔芯，也在以一种超乎常理的速度，不断流逝在草稿纸上。
错题集上的内容，也在不断的增减着。
“不管氮源和磷源的采用的是什么，目的就只有一个……”
“不管装置内的系统是什么样的，它都始终只为了制备出掺杂的金刚石薄膜……”
陈舟的思路变得清晰起来，方向也逐渐明确。
在四十三所的共掺杂实验中，装置内并没有采用多余的系统作为辅助。
但其实，如果有其它系统辅助的话，可能结果会更好也说不定。
这是国外的一篇文献给陈舟的启发。
把写满的草稿纸拿到一边，换上一张新的草稿纸，再把笔芯换上满水的。
陈舟在草稿纸上写到：
【在NiMnCo—C系统中，采用P2N5、羰基离子粉末和磷粉末在高温高压下混合，提供氮源和磷源，以此方法掺杂金刚石……】
写完这句话，陈舟突然笑了出来。
“这么简单的道理，为什么我还想了这么久？”
相比单纯的氮掺杂金刚石，sp3-CH3形式的H原子更容易掺入磷—氮共掺的金刚石晶格中，提高共掺杂金刚石的质量。
因为在磷—氮共掺系统中，磷原子掺入后产生许多缺陷，形成了碳原子悬挂键，有助于氢原子掺入金刚石晶格。
而氢原子可以刻蚀sp2相，有利于高质量金刚石薄膜的沉积。
“系统和氮源、磷源确定后，那共掺杂实验剩下的问题，就好解决了……”
陈舟说着，把放在一旁的几张草稿纸拿了过来。
这是在研究氮源和磷源时，针对不同情况，陈舟所做的参数研究。
这会，正好拿来验证。
一般的衬底温度、掺杂浓度、工作压力等等等等，通过错题集的试错，很快就能得到一个大致区间。
再经过分析模型的验证，再回转到错题集进一步试错。
那就成了！
把共掺杂的问题一解决，那n型掺杂的问题，也就是铺在纸面上的答案了。
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先通过大量的文献资料，把所有的问题摆出来，寻找解决的思路。
再结合四十三所的这10组实验数据，通过错题集进行试错。
而沈靖，则被陈舟安排了和张一凡一样的任务。
那就是，他需要和方结明一起，构建掺杂实验的分析模型。
“p型掺杂的硼源的选择是B（CH3）3，这点应该没有问题。”
“因为B（CH3）3作为硼源，有利于硼原子掺入金刚石晶格中的替代位置，可以提高硼的掺入效率……”
“……不同金刚石衬底晶面对制备的硼掺杂金刚石载流子迁移率的影响……”
“……从实验数据和文献资料来看，分别在（100）、（110）、（111）面单晶金刚石衬底上制备硼掺杂金刚石层时……”
“……（111）和（110）面金刚石衬底的晶格缺陷捕获了大量硼原子，降低了硼原子的掺入效率，并且存在较强的杂质散射，使迁移率低于（100）面金刚石衬底……”
“所以……”
陈舟脑海中的思路十分清晰。
所有关于p型掺杂金刚石的内容，在他的脑海中不断的被过滤和筛选。
他在把思路转变为明确的方向。
同时，陈舟手中的笔也在草稿纸上不断的书写着。
在外人看来，他写在草稿纸上的内容，可能并没有什么规律。
但是在陈舟眼里，他正在一步步接近自己的目标。
上午11点。
彭飞来到了这间小办公室。
他脸色兴奋的神色还没完全褪去，整个人的精神状态仍旧异常亢奋。
陈舟看到他的样子，都有些担心，这人会不会突然……倒了？
不过陈舟还没说话，彭飞已经先说道：“你交给我的任务，全部搞定了！所有资料，我已经通过内网发到你面前的电脑上了！”
陈舟把电脑上的页面最小化，在电脑里查找了一下，就看到了彭飞整理的资料。
陈舟抬头跟彭飞表示：“我看到了。”
彭飞这时走到陈舟身边，就这么看着陈舟，也不说话。
陈舟奇怪的抬头看了看他：“怎么了？”
彭飞这才说道：“还有什么需要帮忙的吗？”
看到彭飞眼里闪烁着的神采，陈舟不由得笑了笑，这家伙帮忙还能上瘾的？
轻轻摇了摇头，陈舟说道：“暂时没有了。”
听到陈舟的话，彭飞有一瞬间的失落。
注意到彭飞的表情变化，陈舟想了想，又补充道：“我建议你先去休息，后面还会有不少事情。”
闻言，彭飞立即看向陈舟，赶紧说道：“没问题！我吃完饭就去睡觉！”
中午，陈舟和沈靖也是在四十三所的食堂简单吃了午饭。
吃饭时，沈靖还忍不住打趣了一句：“陈舟，那个彭工快成你迷弟了……”
陈舟对此倒是没多说什么。
迷弟不迷弟的无所谓，主要是有帮手的感觉，真好呀~
午饭过后，短暂的休息了十分钟，陈舟便再次坐在了电脑前。
p型掺杂的问题，相对简单，他的方向已经摸准了。
想了想，陈舟看向沈靖问道：“学长，你们构建的分析模型怎么样了？”
沈靖回头说道：“还差一点。因为你要求的模型要具有针对性，所以p型掺杂、n型掺杂、共掺杂的模型，我们充分考虑了实验的各方面因素来构建的。不过，也快了。”
“好。”陈舟应了一声，不再说话。
既然沈靖和方结明那边已经跟上的话，那下午就先从p型掺杂的试错开始吧。
把n型掺杂和共掺杂的问题，暂时搁置一下。
错题集上，关于p型掺杂实验理论研究的内容，已经经历过一波抛物线的走向。
上午，在陈舟刚开始入手研究p型掺杂问题时，错题集上是刷刷刷的堪比印刷机一般。
就把陈舟看过的内容全部印了上去，直至到达一个波峰。
后来，随着陈舟对问题研究的深入，错题集上记录的内容开始发生了改变。
有些旧内容被新内容覆盖，有些内容则是完全消失。
旧内容被新内容覆盖，则意味着研究方向的清晰。
而消失的内容，则代表着陈舟已经解决了相应的问题。
现在，错题集上即将再次上演一波抛物线走向。
“金刚石衬底的晶面选择……”
“反应压力、温度……”
“硼源的掺杂浓度……”
结合四十三所已经完成的10组实验数据，陈舟开始p型掺杂实验的试错。
一个小时后，陈舟拿出一张新的草稿纸，在草稿纸上写下一系列的实验参数。
然后起身走到沈靖身旁，把草稿纸甩给了沈靖。
沈靖拿到草稿纸后，微微一愣，旋即开始和方结明沟通，进行模型分析。
陈舟则再次回到座位坐好。
接下来，该轮到n型掺杂和共掺杂的问题了。
n型掺杂和共掺杂的问题，相比于p型掺杂，则要难上许多。
“第一次实现金刚石n型掺杂是在（111）面金刚石衬底上进行的，而且样品在很宽的温度范围内都表现了n型半导体传到特性……”
“在温度500K时，霍尔迁移率在23cm??/（V·s）……”
“但是，相对于（111）面单晶金刚石衬底表面抛光难、缺陷多、尺寸小来说，（100）面取向衬底表面具有原子级的平整程度，缺陷小，外延膜质量也优于（111）面衬底金刚石……”
“可这也并不是绝对的，而且晶面的问题，也不是最为关键的因素……”
想到这，陈舟手中的笔停了下来，习惯性的在草稿纸上点着点。
这是陈舟思路受阻时的表现。
“再梳理一遍文献资料……”
这样想着的陈舟，放下了手中的笔，将目光再次移向电脑屏幕。
手中鼠标的滚轮不断滑动，屏幕上的内容也在不断变化。
但陈舟的眼睛却一眨都不眨。
这些内容，他已经过了一遍了。
现在再看，只是寻找自己有没有漏掉的地方。
好给自己受阻的思路，打开一个缺口。
“磷的掺杂浓度？”
“电子散射机制？”
“不是这部分的内容……”
“……？”
“怎么把这个数据忘了！”
看到这个内容时，陈舟的双眼瞬间明亮起来。
n型掺杂，或者说磷掺杂金刚石，之所以难。
是因为磷原子比碳原子大，很难嵌入金刚石晶格。
当磷原子进入金刚石晶格内，会引起晶格扭曲，影响金刚石中的构型、键型和电荷分布。
磷掺杂金刚石中存在大量空位，也会与磷原子形成结合力很强的磷—空位缺陷。
这种缺陷的能级位于金刚石导带底约的位置上，可以补偿施主，阻碍磷原子的电离。
进而导致难以获得高质量的磷掺杂金刚石薄膜。
虽然磷的能级位于导带底以下，但是这种缺陷却还是存在。
“缺陷的填补……”
陈舟手中的动作加快，鼠标的滚轮不断滑动。
屏幕上的内容被陈舟拉到了共掺杂的部分。
【氮原子处于金刚石晶格中的替代位置，会形成激发能量为的深施主能级，在室温下不导电……】
【理论上，磷可以作为浅施主杂质，但磷原子的半径大于碳原子半径，很难掺入金刚石晶格中……】
【理论表明，磷—氮共掺的方法，也许是克服宽禁带和超宽禁带半导体自身补偿的一种有效方法……】
【……】
看到这，陈舟手中的速度不自觉的慢了下来。
如果氮原子能够填补缺陷，磷原子的掺杂就有了空间……
本来是准备先解决n型掺杂问题的，结果这一思考，问题就跳跃到了共掺杂？
因为四十三所的n型掺杂实验，采用的是磷掺杂。
所以在共掺杂中，他们研究的便是磷—氮共掺的方法。
这也使得陈舟就这样把两者联系在了一起。
陈舟不由得在心中笑了笑，但也随即便决定将n型掺杂和共掺杂的问题放在一块解决。
在共掺杂实验中，最早被作为磷源的是PH3，被作为氮源的是N2。
但是，采用这两种气体进行实验时，得到的结果却并不理想。
制备出来的掺杂金刚石膜的电阻率很高。
随后的实验中，磷源和氮源的选择被不断变更。
像是NH4H2P04这种包含磷元素和氮元素的单一掺杂源，也被应用到了研究上。
但得到的金刚石膜的电阻率依然很高。
陈舟又看了一眼四十三所的实验数据，随即开始在草稿纸上整理可以作为氮源和磷源的物质。
在陈舟沉浸在研究中时，房间外的天色已经渐渐暗了下来。
“陈舟。”
被沈靖的声音喊醒，陈舟疑惑的抬起头看着沈靖。
沈靖指了指电脑：“数据分析完成了。”
“噢。”陈舟应了一声，起身走到沈靖旁边看了一眼。
分析的结果和他的预料基本上没有多大差别。
“发给我，我做最后的处理。”
沈靖点点头：“好。”
陈舟转身就准备走回座位，这时沈靖拽住了他，指了指电脑屏幕的右下角。
陈舟看了一眼，这才惊觉居然已经六点半了。
想了想，陈舟并不打算在四十三所加班，还是回酒店舒服些。
于是，两个人把资料整理好，跟彭飞那边说了一声，便离开了四十三所。
陈舟本来还奇怪彭飞居然一下午没过来找他，打电话时才明白过来。
彭飞这会正忙着金刚石薄膜成品的收集呢。
采用改进工艺制备的金刚石薄膜已经完成。
听彭飞的意思，陈舟估计他今晚又会熬夜加班。
而且还不知他一个人……
在外面简单的吃了晚饭，陈舟和沈靖就回到了酒店。
沈靖本打算像先前一样跟到陈舟房间的，结果被陈舟拦了下来。
“晚上好好休息，明天有你忙的。”丢下这么一句话，陈舟就关门进了房间。
门外，沈靖看着被关上的房门，嘀咕道：“这该不会是闭关吧？”
房间里，陈舟迅速打开电脑，掏出草稿纸和错题集。
“就在今晚了……”
只扫了一眼，下午的思路便接续上了。
陈舟再次沉浸于n型掺杂和共掺杂的问题研究中。
原本特意准备的一沓崭新的A4草稿纸，随着时间的推移，渐渐变薄。
而他一直所心疼的笔芯，也在以一种超乎常理的速度，不断流逝在草稿纸上。
错题集上的内容，也在不断的增减着。
“不管氮源和磷源的采用的是什么，目的就只有一个……”
“不管装置内的系统是什么样的，它都始终只为了制备出掺杂的金刚石薄膜……”
陈舟的思路变得清晰起来，方向也逐渐明确。
在四十三所的共掺杂实验中，装置内并没有采用多余的系统作为辅助。
但其实，如果有其它系统辅助的话，可能结果会更好也说不定。
这是国外的一篇文献给陈舟的启发。
把写满的草稿纸拿到一边，换上一张新的草稿纸，再把笔芯换上满水的。
陈舟在草稿纸上写到：
【在NiMnCo—C系统中，采用P2N5、羰基离子粉末和磷粉末在高温高压下混合，提供氮源和磷源，以此方法掺杂金刚石……】
写完这句话，陈舟突然笑了出来。
“这么简单的道理，为什么我还想了这么久？”
相比单纯的氮掺杂金刚石，sp3-CH3形式的H原子更容易掺入磷—氮共掺的金刚石晶格中，提高共掺杂金刚石的质量。
因为在磷—氮共掺系统中，磷原子掺入后产生许多缺陷，形成了碳原子悬挂键，有助于氢原子掺入金刚石晶格。
而氢原子可以刻蚀sp2相，有利于高质量金刚石薄膜的沉积。
“系统和氮源、磷源确定后，那共掺杂实验剩下的问题，就好解决了……”
陈舟说着，把放在一旁的几张草稿纸拿了过来。
这是在研究氮源和磷源时，针对不同情况，陈舟所做的参数研究。
这会，正好拿来验证。
一般的衬底温度、掺杂浓度、工作压力等等等等，通过错题集的试错，很快就能得到一个大致区间。
再经过分析模型的验证，再回转到错题集进一步试错。
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