高压热扩散法制备高电离效率的磷掺杂n型金刚石

金刚石材料具有宽禁带、高热导率、高载流子迁移率、高击穿电场强度和良好的抗辐射特性等优点，被誉为终极半导体材料。制备出的电子器件在高温、高频、大功率、抗辐射等方面拥有极大的优势。虽然基于p型硼（B）掺杂金刚石和氢（H）终端金刚石已经可以成功制备出金刚石基电子器件，但是n型半导体金刚石的制备技术瓶颈仍然制约着金刚石基电子器件的发展。金刚石n型掺杂困难和n型金刚石电学性能较差等问题一直难以解决。

本文报道了一种高压热扩散法用于金刚石的n型掺杂，该方法利用高压来减小磷原子和碳原子之间的体积差。这种方法可以在金刚石的晶格位置实现磷原子的有效掺杂和电离。制备的磷掺杂金刚石在室温（300 K）下表现出任何已知磷掺杂金刚石单晶中观察到的最低电阻率（2 Ω·cm）和最高电子浓度（2.27 × 10¹⁸ cm⁻³）。高压热扩散法将为金刚石n型掺杂提供一种有效的方法，这可能在未来金刚石基半导体器件的设计和制备中发挥重要作用。此文章发表于Science China Materials。