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磷离子注入纳米金刚石薄膜的n型导电性能与微结构研究
摘要：
在本文中，我们研究了通过磷离子注入产生的n型导电性能和微结构变化对纳米金刚石薄膜的影响。通过离子注入技术成功实现了控制纳米金刚石薄膜n型导电性的目标，并使用多种表征技术对注入前后的样品进行分析。发现，注入磷离子后，纳米金刚石薄膜的导电性能得到显著提高，并且经过分析发现，这种提高主要是由薄膜中出现的n型掺杂层所引起的。同时，磷注入还导致局部纳米金刚石薄膜微结构的改变，其中包括晶格缺陷的产生和晶片尺寸的膨胀现象。这些结果为进一步了解纳米金刚石薄膜的电学性能和微观结构变化提供了基础，也为制备高性能纳米金刚石相关电子器件提供了可能性。
关键词：纳米金刚石薄膜；磷离子注入；n型导电性能；微结构变化
引言：
纳米金刚石薄膜由于其在高温、高压等条件下制备时具有优异的物理、化学和力学性质，近年来被广泛应用于电子学、传感器、光电子学和生医学等领域中。然而，纳米金刚石薄膜在功能性电子器件中的应用还受到一些限制，比如其导电性能不高、稳定性差等问题。
近年来，通过掺杂技术实现纳米金刚石薄膜n型或p型导电性的研究成果已经取得了一定的进展。然而，如何通过注入掺杂实现纳米金刚石薄膜n型导电性能提高，并同时掌握其微观结构变化规律，目前还是面临挑战。因此，本研究就此展开。
实验部分：
我们在普通纳米金刚石薄膜中注入磷离子，以探究其对薄膜导电性能和微结构的影响。注入采用离子注入技术，注入电压为50kV，在0.8×10^-4torr的氩气环境下进行注入，并通过控制注入时间来实现控制掺杂浓度的目标。注入后的样品进行RoomTemperatureRamanSpectrum(RTRS)、PL光谱、X射线衍射（XRD）和场发射扫描电镜（FE-SEM）分析。
结果分析：
注入磷离子后，纳米金刚石薄膜的PL谱随掺杂浓度增加而逐渐移向短波长方向，这表明薄膜的能隙在缩小，同时在Raman频谱中出现了新的特征峰位于约1325cm^-1处。这表明注入磷离子后所产生的n型导电性层增加了非晶缺陷的比例。此外，经过掺杂后的纳米金刚石薄膜的导电性能得到了明显提高。
微观结构分析显示，注入磷离子后，纳米金刚石薄膜晶片尺寸明显变大，而且表现出一定程度的膨胀。同时，出现了大量的热稳定的空间迁移晶格缺陷，这些晶格缺陷可能是掺杂后层电压所致。此外，掺杂过程中产生的氧化物在薄膜表面也可以观察到。
结论：
本研究通过离子注入技术成功实现了纳米金刚石薄膜n型导电性控制，并通过多种表征技术展示了注入磷离子对纳米金刚石薄膜的影响。结果表明，增加掺杂层非晶缺陷以及产生热稳定的晶格缺陷和表面氧化物是增强纳米金刚石薄膜导电性能的主要因素之一。此外，此研究的研究成果也为制备高性能的纳米金刚石相关电子器件提供了可能性。