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磷离子注入纳米金刚石薄膜的微结构与电学性能研究.docx

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磷离子注入纳米金刚石薄膜的微结构与电学性能研究 摘要 本研究采用离子注入技术对纳米金刚石薄膜进行磷离子注入，并通过SEM和TEM观察了磷离子注入后的薄膜微结构变化。同时，通过电学测试分析了磷离子注入对薄膜电学性能的影响。 实验结果表明，磷离子注入后，纳米金刚石薄膜表面出现了许多微小的颗粒，且薄膜厚度减小。在电学性能测试中，磷离子注入增加了薄膜的导电性能，同时也降低了其介电常数。磷离子的注入浓度和注入能量对电学性能的影响也被研究。 本研究的结果对于理解纳米金刚石薄膜的微结构和电学性能，以及其在微纳电子器件中的应用具有指导意义。 关键词：离子注入；纳米金刚石薄膜；微结构；电学性能。 Introduction Nanodiamondfilmhasbeenwidelystudiedduetoitsexcellentmechanicalandopticalproperties.However,itselectricalpropertiesarerelativelypoor,whichlimitsitsapplicationinmicroelectronicdevices.Inrecentyears,ionimplantationhasbeenusedtomodifytheelectricalpropertiesofnanodiamondfilms.Amongthem,phosphorus(P)ionimplantationisacommonmethod.P-implantednanodiamondfilmshavebeenfoundtohavehighelectricalconductivityandlowdielectricconstant,whichmakesthempromisingcandidatesformicroelectronicdevices. Inthisstudy,Pionimplantationwasperformedonnanodiamondfilms,andthemicrostructureandelectricalpropertiesoftheimplantedfilmswereinvestigated. Experimentalmethods Nanodiamondfilmsweredepositedonasiliconsubstratebythehot-filamentchemicalvapordeposition(HFCVD)method.ThepreparedfilmswerethensubjectedtoPionimplantationwithdifferentimplantationdosesandenergies.Theimplantedfilmswerecharacterizedbyscanningelectronmicroscopy(SEM)andtransmissionelectronmicroscopy(TEM)toobservethemicrostructurechanges.Theelectricalpropertiesofthefilmsweretestedbyfour-pointprobeandimpedanceanalyzer. Resultsanddiscussion SEMimagesshowedthatafterPionimplantation,thesurfaceofthenanodiamondfilmbecameroughandsmallparticlesappearedonthefilmsurface.Themorphologyoftheparticleswasspherical,andthesizewasintherangeof5-50nm.TEManalysisshowedthattheparticleswerecomposedofP-dopeddiamondnanocrystals.ThethicknessoftheP-implantedfilmswasreducedbyabout10-20nmcomparedwiththeunimplantedfilms. ElectricaltestsshowedthatPionimplantationsignificantlyimprovedtheelectricalconductivityofthenanodiamondfilm.WiththeincreaseofPionimplantationdoseandenergy,theconductivityofthefilmincreasedaccordingly.ThedielectricconstantoftheP-implantedfilmwasalsosignifi