利用残余气体分析技术调控金刚石中磷掺杂的实时监测方法

为解决磷掺杂金刚石生长过程中掺杂剖面和界面梯度显著变异的问题，研究人员通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)结合残余气体分析(RGA)技术，首次发现氢等离子体中形成的PH自由基可作为掺杂指示剂。该研究实现了10%的磷掺杂效率(4.5×1019 cm?3)，建立的RGA-SIMS关联模型为宽禁带半导体掺杂控制提供了新范式。

　　

在金刚石半导体材料研究领域，磷掺杂剖面不可控这一"卡脖子"难题长期困扰着学界。科研团队独辟蹊径，采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术，配合200 ppm三甲基膦/氢气混合气源，如同给金刚石生长过程装上了"分子显微镜"——通过创新设计的差分抽气残余气体分析(RGA)系统，首次捕捉到氢等离子体中舞动的PH自由基这一关键掺杂信号。

令人振奋的是，在(111)晶面IIa型化学气相沉积(CVD)衬底上，研究团队实现了4.5×10¹⁹ cm^?3的高效磷掺杂，转化效率突破10%大关。通过二次离子质谱(SIMS)这把"元素尺"，科学家们精确绘制出掺杂剖面与PH浓度的定量关系图谱，最终构建出涵盖多种生长模式的智能掺杂模型。这项突破不仅为宽禁带半导体掺杂工艺安上了"实时监控眼"，更开辟了通过原位气体分析精准调控材料性能的新纪元。