作為第三代半導體材料，立方氮化硼（c-BN）具有僅次于金剛石的硬度，在(zai)高(gao)溫下良好(hao)的化學穩定性(xing)、耐腐蝕、抗氧化、超寬(kuan)帶隙、高(gao)熱(re)導率、低介電常數(shu)、高(gao)擊(ji)穿場(chang)強、高(gao)飽和(he)漂移速度和(he)可發射及探測至(zhi)深紫(zi)外(wai)(wai)的短波長(chang)光，可以(yi)通過摻雜得到n型或p型半導體材料等諸多特(te)性(xing)，在(zai)大功率電子(zi)學、深紫(zi)外(wai)(wai)光電子(zi)學和(he)量子(zi)通信等領域具有很大的應用前景，引起了研究人員的廣泛關注。

       目(mu)前(qian)工業領(ling)域合成的c-BN單晶多采(cai)用(yong)靜態高溫高壓(ya)法制備，樣(yang)品尺寸(cun)通常(chang)在0.5 mm以(yi)內。由于(yu)(yu)缺乏(fa)大(da)尺寸(cun)同(tong)質(zhi)單晶襯底(di)，c-BN薄膜(mo)多采(cai)用(yong)異質(zhi)襯底(di)生長，而(er)目(mu)前(qian)異質(zhi)外延(yan)仍有(you)許(xu)多關鍵(jian)性科(ke)學(xue)問(wen)題(ti)尚(shang)未解決，導致c-BN的基礎性質(zhi)研(yan)(yan)究仍處(chu)于(yu)(yu)實(shi)驗室(shi)階段(duan)。《人工晶體學(xue)報》2022年第(di)5期發(fa)(fa)表(biao)了來自吉林大(da)學(xue)超硬材料國家重點實(shi)驗室(shi)殷紅(hong)(hong)教授(shou)團(tuan)隊的綜述(shu)論(lun)文《立方氮(dan)化硼的研(yan)(yan)究進(jin)展(zhan)(zhan)》（第(di)一作者：劉彩云，通信(xin)作者：殷紅(hong)(hong)）。文章主(zhu)要(yao)論(lun)述(shu)c-BN晶體和外延(yan)生長的相關研(yan)(yan)究進(jin)展(zhan)(zhan)，介(jie)紹c-BN的機械(xie)性能、光學(xue)性能以(yi)及電學(xue)性能方面的研(yan)(yan)究現狀，并對影響c-BN電學(xue)調控的一些關于(yu)(yu)缺陷和有(you)效摻雜問(wen)題(ti)進(jin)行(xing)(xing)闡述(shu)，最后對全文內容進(jin)行(xing)(xing)了總結并對c-BN未來發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)需要(yao)解決的關鍵(jian)性科(ke)學(xue)問(wen)題(ti)進(jin)行(xing)(xing)了展(zhan)(zhan)望。

       論文題錄●●

       劉(liu)彩云, 高偉, 殷(yin)紅. 立(li)方(fang)氮化(hua)硼的研究進展[J]. 人(ren)工晶體學報, 2022, 51(5): 781-800.

 ;      LIU Caiyun, GAO Wei, YIN Hong. Research Progress of Cubic Boron Nitride[J]. Journal of Synthetic Crystals, 2022, 51(5): 781-800.

       文章導讀

       現代科技的(de)(de)(de)進(jin)步都是以材(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)更(geng)(geng)替為(wei)(wei)根本推(tui)動力。以硅和(he)砷化(hua)鎵等(deng)材(cai)(cai)(cai)料(liao)為(wei)(wei)代表的(de)(de)(de)第一代和(he)第二代半導體(ti)(ti)材(cai)(cai)(cai)料(liao)是應用于晶體(ti)(ti)管、大規(gui)模集成電路(lu)和(he)發光電子(zi)(zi)器(qi)件(jian)等(deng)的(de)(de)(de)基礎(chu)材(cai)(cai)(cai)料(liao)。由于材(cai)(cai)(cai)料(liao)本身的(de)(de)(de)局限性(xing)，無法滿足(zu)未來(lai)電子(zi)(zi)器(qi)件(jian)在(zai)極端條(tiao)件(jian)下的(de)(de)(de)要求(qiu)。以金剛(gang)石、AlN、GaN、SiC、BN、Ga2O3等(deng)寬(kuan)(kuan)帶(dai)隙化(hua)合(he)物為(wei)(wei)代表的(de)(de)(de)第三代半導體(ti)(ti)具(ju)有更(geng)(geng)寬(kuan)(kuan)的(de)(de)(de)禁帶(dai)寬(kuan)(kuan)度、更(geng)(geng)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)導熱率(lv)、更(geng)(geng)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)抗輻射(she)能力、更(geng)(geng)大的(de)(de)(de)電子(zi)(zi)飽和(he)漂移速(su)率(lv)等(deng)優異的(de)(de)(de)特性(xing)，更(geng)(geng)適(shi)合(he)制作(zuo)于高(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)功率(lv)、高(gao)(gao)壓、高(gao)(gao)頻以及(ji)強輻射(she)等(deng)極端環境下工作(zuo)的(de)(de)(de)電子(zi)(zi)元器(qi)件(jian)(見圖(tu)1)。

圖1　傳(chuan)統半(ban)(ban)導(dao)體、寬(kuan)禁(jin)帶(WBG)和超寬(kuan)禁(jin)帶(UWBG)半(ban)(ban)導(dao)體的(de)巴利加優值圖(BFOM)。右下方區域代表(biao)更高(gao)的(de)BFOM，更高(gao)性能

       01 c-BN晶體的制備

       自1957年美國通用(yong)電氣公司的(de)(de)Wentorf以(yi)鎂為觸(chu)媒(mei)采用(yong)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)高(gao)(gao)(gao)壓法(fa)(fa)首次合(he)成(cheng)出(chu)c-BN單晶(jing)以(yi)來，研(yan)究(jiu)(jiu)人(ren)員對(dui)c-BN晶(jing)體的(de)(de)合(he)成(cheng)進行了(le)大(da)量的(de)(de)探索，發現使用(yong)各(ge)種堿金(jin)(jin)屬(shu)、堿土金(jin)(jin)屬(shu)、氟化物(wu)、金(jin)(jin)屬(shu)氮化物(wu)和硼酸銨(an)鹽(yan)等(deng)催化劑(ji)可以(yi)有(you)效降(jiang)低反(fan)應(ying)溫(wen)(wen)度和壓力，作(zuo)為初始原料的(de)(de)h-BN的(de)(de)雜質、有(you)序度、顆粒(li)度、表(biao)面成(cheng)分(fen)等(deng)對(dui)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)高(gao)(gao)(gao)壓法(fa)(fa)制(zhi)備c-BN至關重要。迄今為止(zhi)，高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)高(gao)(gao)(gao)壓法(fa)(fa)仍是制(zhi)備c-BN晶(jing)體的(de)(de)常用(yong)方法(fa)(fa)，但是由于制(zhi)備條件和技術(shu)的(de)(de)限(xian)制(zhi)存在晶(jing)粒(li)尺寸(cun)小、生產(chan)成(cheng)本高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)問題，阻(zu)礙了(le)科研(yan)人(ren)員對(dui)c-BN單晶(jing)的(de)(de)進一步研(yan)究(jiu)(jiu)及其在各(ge)領域(yu)的(de)(de)應(ying)用(yong)。面對(dui)大(da)顆粒(li)c-BN單晶(jing)批(pi)量生產(chan)的(de)(de)迫(po)切需求，研(yan)究(jiu)(jiu)者不斷探索制(zhi)備大(da)尺寸(cun)c-BN單晶(jing)的(de)(de)方法(fa)(fa)。

       02 c-BN薄膜的外延生長

       c-BN薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)備方法(fa)目前(qian)主要(yao)分為(wei)(wei)兩大(da)類，分別為(wei)(wei)化(hua)學(xue)氣(qi)相(xiang)(xiang)沉積(ji)(chemical vapor deposition, CVD)和(he)物理(li)氣(qi)相(xiang)(xiang)沉積(ji)(physical vapor deposition, PVD)。CVD法(fa)制(zhi)備c-BN薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)一(yi)般都是(shi)(shi)(shi)在(zai)等(deng)離(li)(li)(li)子體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)氛(fen)中(zhong)進(jin)(jin)(jin)行；PVD法(fa)制(zhi)備c-BN薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)時，主要(yao)采(cai)用(yong)硼或h-BN作為(wei)(wei)靶(ba)材，輔(fu)以相(xiang)(xiang)應(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)體(ti)，在(zai)離(li)(li)(li)子轟擊下制(zhi)備c-BN薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)。由于(yu)缺少大(da)尺寸(cun)同(tong)質單晶襯底(di)，目前(qian)外(wai)(wai)(wai)延(yan)(yan)(yan)(yan)生長c-BN薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)多(duo)采(cai)用(yong)異質外(wai)(wai)(wai)延(yan)(yan)(yan)(yan)，其中(zhong)外(wai)(wai)(wai)延(yan)(yan)(yan)(yan)生長c-BN薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)較(jiao)為(wei)(wei)常見的(de)(de)(de)(de)(de)襯底(di)材料是(shi)(shi)(shi)Si，此外(wai)(wai)(wai)廣大(da)研(yan)究(jiu)(jiu)者(zhe)(zhe)也研(yan)究(jiu)(jiu)了在(zai)Ti、Ni、合(he)金(jin)、金(jin)剛石(shi)等(deng)不(bu)同(tong)襯底(di)上(shang)進(jin)(jin)(jin)行c-BN薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)外(wai)(wai)(wai)延(yan)(yan)(yan)(yan)生長。大(da)量的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)表明，無論使用(yong)何種方法(fa)，高(gao)(gao)能(neng)(neng)離(li)(li)(li)子轟擊是(shi)(shi)(shi)外(wai)(wai)(wai)延(yan)(yan)(yan)(yan)c-BN薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)必(bi)要(yao)條件。然而，較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)量轟擊造成(cheng)(cheng)了c-BN薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)內應(ying)力過大(da)，當超(chao)過臨(lin)界厚度(du)，外(wai)(wai)(wai)延(yan)(yan)(yan)(yan)層內的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)變會弛豫，形(xing)成(cheng)(cheng)大(da)量位錯缺陷，甚至造成(cheng)(cheng)外(wai)(wai)(wai)延(yan)(yan)(yan)(yan)層脫落，這(zhe)也是(shi)(shi)(shi)制(zhi)約c-BN薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)投入工業(ye)涂層和(he)半導體(ti)技術應(ying)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)(guan)鍵問(wen)題(ti)。因(yin)此，許多(duo)研(yan)究(jiu)(jiu)者(zhe)(zhe)為(wei)(wei)降(jiang)低c-BN薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)內應(ying)力進(jin)(jin)(jin)行了一(yi)系列理(li)論與實驗探索，包括降(jiang)低轟擊離(li)(li)(li)子能(neng)(neng)量、高(gao)(gao)溫沉積(ji)、兩步法(fa)、高(gao)(gao)能(neng)(neng)離(li)(li)(li)子輻照、使用(yong)緩沖(chong)層等(deng)。此外(wai)(wai)(wai)，合(he)適的(de)(de)(de)(de)(de)生長溫度(du)以及(ji)實驗手段的(de)(de)(de)(de)(de)改進(jin)(jin)(jin)對c-BN的(de)(de)(de)(de)(de)外(wai)(wai)(wai)延(yan)(yan)(yan)(yan)也至關(guan)(guan)重要(yao)。關(guan)(guan)于(yu)c-BN晶體(ti)和(he)薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)重要(yao)生長技術進(jin)(jin)(jin)步和(he)相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)晶體(ti)質量參數提高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)代表性成(cheng)(cheng)果如表1所示。

表(biao)1　制備c-BN晶(jing)體(ti)和外延生(sheng)長(chang)c-BN薄膜的發展歷程

       到目前為止，c-BN薄膜的形成機制仍未得到統一，主要存在四種機制模型，分別是壓應力模型、熱峰模型、選擇濺射模型、亞表面注射模型。但它們只能說明某一方面的生長現象，而不能解釋全部的實驗事實。此外，鑒于c-BN在半導體方面的潛在應用價值，研究者們在不斷追求高質量高立方相含量的本征c-BN薄膜制備的同時，也積極開展了關于p、n型摻雜的c-BN薄膜生長方面的工作。c-BN薄膜的摻雜方式主要有高溫熱擴散、原位摻雜、離子注入等。

       03 c-BN的機械性能

       c-BN單晶的硬度為50 GPa，僅次于金剛石(60~120 GPa)，彈性模量值為909 GPa。它的這些優異性能使其可以廣泛應用于磨削、切削、高(gao)(gao)精度(du)機(ji)械加(jia)工(gong)領域。研(yan)究人員(yuan)通(tong)過(guo)納米(mi)壓痕測量發現(xian)在(zai)金(jin)剛石(shi)襯底上生長的(de)(de)500 nm厚的(de)(de)c-BN外(wai)延膜與金(jin)剛石(shi)襯底的(de)(de)載荷-位移曲(qu)線相似(見圖2)。除(chu)此之外(wai)，c-BN具有(you)極好(hao)的(de)(de)熱穩定性，在(zai)大氣(qi)中(zhong)直到1300 ℃才(cai)發生氧化(hua)，在(zai)真空中(zhong)對c-BN加(jia)熱，當溫(wen)度(du)高(gao)(gao)達(da)1550 ℃左右才(cai)會由c-BN轉變為h-BN，而且，c-BN不易與過(guo)渡(du)金(jin)屬(shu)發生化(hua)學反應(ying)，在(zai)真空或(huo)氬氣(qi)氣(qi)氛中(zhong)與鐵(tie)鈷鎳(nie)的(de)(de)反應(ying)溫(wen)度(du)高(gao)(gao)達(da)1350 ℃，與鐵(tie)鎳(nie)合金(jin)的(de)(de)反應(ying)溫(wen)度(du)高(gao)(gao)達(da)1250 ℃。因此，c-BN在(zai)高(gao)(gao)溫(wen)下(xia)也能對耐(nai)熱鋼等進行切割，同(tong)時，較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)熱導率使刀具在(zai)加(jia)工(gong)過(guo)程中(zhong)產生的(de)(de)熱可(ke)以很快傳遞出去，能夠有(you)效保(bao)護被(bei)(bei)加(jia)工(gong)工(gong)件表面不被(bei)(bei)燒傷(shang)，提高(gao)(gao)了刀具的(de)(de)使用壽命。

圖(tu)2　500 nm厚c-BN外延薄膜(mo)和塊狀金(jin)剛(gang)石襯底的加(jia)載-卸載納(na)米壓痕曲線

       04 c-BN的光學性能

       早期由于受(shou)尺寸限制，c-BN的(de)(de)光學(xue)(xue)性能未得到充分(fen)研究，隨著(zhu)c-BN尺寸的(de)(de)逐漸增(zeng)大及薄膜(mo)材料的(de)(de)出現，研究人員對本征c-BN的(de)(de)光學(xue)(xue)帶隙(xi)進(jin)行了(le)探索，其光學(xue)(xue)帶隙(xi)大小的(de)(de)準確測定對開發c-BN成為(wei)紫外光電子材料至關重要。

       c-BN在整個可見光(guang)(guang)譜范(fan)圍以及紅外(wai)與紫(zi)外(wai)光(guang)(guang)譜的很大范(fan)圍內都(dou)透明(ming)，因而可以作為(wei)(wei)涂層應用在精密的光(guang)(guang)學(xue)儀器(qi)窗口(kou)作為(wei)(wei)保(bao)護層。研(yan)究人(ren)員還發(fa)現c-BN具(ju)(ju)有電(dian)致發(fa)光(guang)(guang)和光(guang)(guang)致發(fa)光(guang)(guang)特性，是優(you)異的發(fa)光(guang)(guang)材料（見圖3），其本征材料光(guang)(guang)致發(fa)光(guang)(guang)主要在紫(zi)外(wai)波段(duan)，電(dian)致發(fa)光(guang)(guang)主要集中在紫(zi)外(wai)光(guang)(guang)和藍紫(zi)光(guang)(guang)范(fan)圍內。此外(wai)，c-BN的光(guang)(guang)學(xue)反常色散對(dui)光(guang)(guang)電(dian)器(qi)件的結構(gou)設計也具(ju)(ju)有啟發(fa)意義。

圖(tu)3　Eu摻雜c-BN微粉的(de)CL光譜(a)和其(qi)主線(xian)隨退火(huo)溫(wen)度的(de)依賴(lai)性(b)

       05 c-BN的電學性能

       c-BN作為超寬(kuan)禁帶半導(dao)體(ti)材料，帶隙高達6.4 eV，所以本(ben)征的(de)c-BN是(shi)絕(jue)緣的(de)，電阻率(lv)大約在1010 Ω·cm。研究表明(ming)本(ben)征或非故意摻(chan)(chan)(chan)雜(za)的(de)c-BN表現出p型或n型導(dao)電，可(ke)(ke)能與各種(zhong)缺(que)陷、紊亂以及生長過(guo)程中的(de)非故意摻(chan)(chan)(chan)雜(za)有關。實(shi)驗上可(ke)(ke)以通過(guo)摻(chan)(chan)(chan)入(ru)摻(chan)(chan)(chan)雜(za)劑的(de)手段對c-BN進行(xing)半導(dao)體(ti)性(xing)質(zhi)調(diao)整。如，加(jia)入(ru)Be、Zn、Mg可(ke)(ke)以得(de)到p型導(dao)電的(de)c-BN；加(jia)入(ru)S、C、Si等可(ke)(ke)得(de)到n型導(dao)電的(de)c-BN。主(zhu)要摻(chan)(chan)(chan)雜(za)方式有原位(wei)摻(chan)(chan)(chan)雜(za)、高溫(wen)熱(re)擴散工(gong)藝或離子注入(ru)后熱(re)退火技術(shu)等，各種(zhong)摻(chan)(chan)(chan)雜(za)c-BN的(de)電阻率(lv)、遷移率(lv)、載流子濃度等電學性(xing)質(zhi)被廣泛研究。

       除(chu)了傳統的(de)摻(chan)(chan)(chan)雜(za)(za)(za)方(fang)(fang)法(fa)之外，研究者通過不斷改進(jin)和(he)開發新型(xing)摻(chan)(chan)(chan)雜(za)(za)(za)劑(ji)和(he)摻(chan)(chan)(chan)雜(za)(za)(za)手段來調節本征導電(dian)性，解決(jue)摻(chan)(chan)(chan)雜(za)(za)(za)效率過低的(de)問題。吉林(lin)大學殷(yin)紅(hong)團隊將未(wei)摻(chan)(chan)(chan)雜(za)(za)(za)的(de)本征c-BN外延薄膜(mo)周期性地(di)插入到原(yuan)位(wei)Si摻(chan)(chan)(chan)雜(za)(za)(za)的(de)c-BN膜(mo)中，進(jin)行超晶(jing)格調控，獲得n型(xing)電(dian)導，使用(yong)van der Pauw方(fang)(fang)法(fa)對未(wei)摻(chan)(chan)(chan)雜(za)(za)(za)c-BN薄膜(mo)、連續原(yuan)位(wei)Si摻(chan)(chan)(chan)雜(za)(za)(za)c-BN薄膜(mo)和(he)多重(zhong)Si δ摻(chan)(chan)(chan)雜(za)(za)(za)c-BN薄膜(mo)進(jin)行溫度(du)相關霍爾(er)測量，載流子遷移(yi)率比原(yuan)位(wei)摻(chan)(chan)(chan)雜(za)(za)(za)提(ti)高(gao)了100倍，載流子濃(nong)度(du)也相應提(ti)高(gao)，如圖4所(suo)示。

圖4　霍(huo)爾(er)測試(shi)結果。(a)載流子濃度(du)；(b)霍(huo)爾(er)遷(qian)移(yi)率(lv)

       基(ji)(ji)于c-BN的(de)(de)電(dian)(dian)學性(xing)質(zhi)的(de)(de)基(ji)(ji)本研究發(fa)現(xian)，c-BN是制(zhi)備高溫(wen)(wen)半導(dao)體器件和(he)(he)紫(zi)外光電(dian)(dian)探測(ce)器件的(de)(de)理(li)(li)想基(ji)(ji)礎材料，研究者對c-BN基(ji)(ji)器件的(de)(de)性(xing)能(neng)也進(jin)行了初步的(de)(de)探索(suo)。目前報(bao)道的(de)(de)pn結有(you)c-BN同質(zhi)結以及Si/c-BN、金剛石/c-BN等(deng)異質(zhi)結，都展現(xian)出優異的(de)(de)整流(liu)性(xing)能(neng)。有(you)研究人員利用氟的(de)(de)化學等(deng)離子(zi)射(she)流(liu)增強CVD在Ti襯底上沉積了未摻(chan)雜(za)的(de)(de)具有(you)sp2-BN層(ceng)的(de)(de)c-BN薄膜，并研究了在室(shi)溫(wen)(wen)至473 K溫(wen)(wen)度范圍內(nei)Ni-BN-Ti的(de)(de)直(zhi)流(liu)電(dian)(dian)壓特性(xing)電(dian)(dian)容器結構(gou)的(de)(de)漏(lou)電(dian)(dian)流(liu)傳(chuan)導(dao)機制(zhi)，其結構(gou)如圖5所示，室(shi)溫(wen)(wen)下測(ce)得具有(you)薄sp2-BN層(ceng)的(de)(de)c-BN厚(hou)(hou)膜的(de)(de)電(dian)(dian)阻(zu)率比(bi)具有(you)厚(hou)(hou)sp2-BN層(ceng)的(de)(de)c-BN厚(hou)(hou)膜低3~4個數(shu)量級，熱離子(zi)發(fa)射(she)和(he)(he)Frenkel-Poole發(fa)射(she)過程(cheng)分別合理(li)(li)地描述了sp2-BN的(de)(de)主要傳(chuan)導(dao)機制(zhi)，漏(lou)電(dian)(dian)流(liu)的(de)(de)產生主要歸因于薄膜中的(de)(de)缺陷(xian)和(he)(he)紊亂(luan)引起的(de)(de)載流(liu)子(zi)和(he)(he)陷(xian)阱位點(dian)。

       此外，c-BN具有(you)(you)的(de)(de)(de)寬帶隙使它在光(guang)(guang)(guang)(guang)探(tan)測(ce)器(qi)(qi)件的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)中具有(you)(you)很低的(de)(de)(de)漏電(dian)(dian)流和暗(an)電(dian)(dian)流；對可(ke)見光(guang)(guang)(guang)(guang)和紅外范圍沒有(you)(you)光(guang)(guang)(guang)(guang)響應(ying)，因而不需要(yao)加裝(zhuang)濾波片(pian)；折射(she)指數(shu)較小，在界面(mian)處的(de)(de)(de)反射(she)率(lv)低，有(you)(you)利于(yu)(yu)提高(gao)光(guang)(guang)(guang)(guang)探(tan)測(ce)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)效率(lv)；具有(you)(you)高(gao)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)強(qiang)損壞閾值，用(yong)其(qi)制(zhi)作(zuo)的(de)(de)(de)紫(zi)(zi)外光(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)(dian)探(tan)測(ce)器(qi)(qi)不需要(yao)加光(guang)(guang)(guang)(guang)學保(bao)護窗(chuang)口，有(you)(you)助于(yu)(yu)提高(gao)探(tan)測(ce)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)靈敏度等。基于(yu)(yu)c-BN在深紫(zi)(zi)外光(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)(dian)探(tan)測(ce)領域里的(de)(de)(de)諸多優勢，人(ren)們也開(kai)展了(le)以c-BN為(wei)核心(xin)材料的(de)(de)(de)深紫(zi)(zi)外光(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)(dian)探(tan)測(ce)應(ying)用(yong)探(tan)索（見圖(tu)6）。

圖(tu)5　樣品A、B和(he)C的(de)橫截面結構和(he)測量(liang)電路(lu)示(shi)意圖(tu)，A、A′和(he)B中(zhong)的(de)sp2-BN中(zhong)間層包含硼化鈦(tai)和(he)氮化鈦(tai)

圖6　在175~250 nm范圍內的深紫外光源照(zhao)射下測得c-BN MSM光電二極管分別在-20 V、-30 V、35 V偏壓(ya)下的光譜響應度

       結語與展望

       本文總(zong)結了(le)c-BN晶(jing)(jing)體和薄(bo)(bo)膜(mo)制(zhi)備(bei)及其(qi)性(xing)(xing)質(zhi)研究和基礎應(ying)用(yong)(yong)(yong)的(de)發展歷程。目前(qian)大尺(chi)寸(cun)(cun)c-BN單(dan)晶(jing)(jing)和c-BN薄(bo)(bo)膜(mo)制(zhi)備(bei)仍(reng)存(cun)在(zai)諸(zhu)多關鍵的(de)基礎性(xing)(xing)技(ji)術(shu)難題(ti)，這限(xian)制(zhi)了(le)c-BN作為第(di)三代半導體材(cai)料(liao)在(zai)各領(ling)域(yu)的(de)應(ying)用(yong)(yong)(yong)。目前(qian)制(zhi)備(bei)存(cun)在(zai)的(de)挑戰(zhan)主要有(you)：大尺(chi)寸(cun)(cun)c-BN單(dan)晶(jing)(jing)制(zhi)備(bei)，急需(xu)尋求技(ji)術(shu)的(de)改(gai)進，以適(shi)用(yong)(yong)(yong)生產需(xu)求；c-BN和h-BN的(de)相對穩定(ding)性(xing)(xing)一直存(cun)在(zai)爭議，關于二者的(de)相對穩定(ding)性(xing)(xing)仍(reng)未得到統一；襯底與(yu)材(cai)料(liao)之間晶(jing)(jing)格失配和熱失配引(yin)起(qi)的(de)異質(zhi)外延中的(de)生長(chang)模式(shi)、應(ying)力(li)(li)控(kong)制(zhi)與(yu)釋放；由于立(li)方相成核(he)必需(xu)的(de)高能離子轟擊導致膜(mo)內(nei)應(ying)力(li)(li)較(jiao)大，薄(bo)(bo)膜(mo)厚(hou)度有(you)限(xian)且缺陷密度較(jiao)高等(deng)；有(you)關c-BN的(de)外延生長(chang)機制(zhi)依然不明。

       此(ci)(ci)外，目前(qian)實(shi)驗得到(dao)的(de)c-BN由于大量自發形(xing)成的(de)缺陷而(er)表現(xian)出很強的(de)p型或n型導(dao)(dao)電特性。如前(qian)所述，當材料(liao)內部的(de)原生缺陷和(he)(he)非(fei)故(gu)意缺陷降(jiang)低到(dao)一定程度之后，對其進行有意的(de)摻(chan)雜(za)(za)(za)調(diao)控才能改善c-BN的(de)電學性能，促(cu)進其在半導(dao)(dao)體器件中(zhong)的(de)應用(yong)。因此(ci)(ci)，研究缺陷和(he)(he)雜(za)(za)(za)質(zhi)(zhi)(非(fei)故(gu)意摻(chan)雜(za)(za)(za))的(de)成因和(he)(he)控制，及其與摻(chan)雜(za)(za)(za)雜(za)(za)(za)質(zhi)(zhi)的(de)相互作(zuo)用(yong)，是實(shi)現(xian)高效(xiao)率半導(dao)(dao)體摻(chan)雜(za)(za)(za)的(de)基礎，是c-BN基半導(dao)(dao)體器件應用(yong)的(de)關鍵。

通信作者●●

       殷紅，博士，吉(ji)林(lin)大學(xue)超(chao)硬材(cai)(cai)料(liao)國家重點實驗室教授、博士生導師(shi)。主要研(yan)究方(fang)向為超(chao)硬多(duo)(duo)功(gong)能材(cai)(cai)料(liao)與(yu)器(qi)(qi)件、低(di)維半導體材(cai)(cai)料(liao)與(yu)器(qi)(qi)件，重點研(yan)究立(li)方(fang)氮化(hua)硼、六方(fang)氮化(hua)硼等寬禁帶(dai)多(duo)(duo)功(gong)能材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)大尺寸(cun)晶體薄膜制備、性質(zhi)調(diao)控，以及基于這些(xie)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)應用開(kai)發等。承(cheng)擔國家自(zi)然科(ke)學(xue)基金委、教育部、吉(ji)林(lin)省(sheng)以及企(qi)事業單(dan)位的(de)(de)多(duo)(duo)項科(ke)技(ji)項目。開(kai)展(zhan)了(le)立(li)方(fang)氮化(hua)硼的(de)(de)異質(zhi)外(wai)延(yan)，介質(zhi)襯底無催(cui)化(hua)合(he)成大面(mian)(mian)積六方(fang)氮化(hua)硼，低(di)維氮化(hua)硼納(na)米結(jie)構(gou)的(de)(de)表界面(mian)(mian)與(yu)光電性質(zhi)調(diao)控，氣敏傳(chuan)感器(qi)(qi)、功(gong)率電子器(qi)(qi)件和深紫外(wai)光電探測(ce)器(qi)(qi)件的(de)(de)制備等工(gong)作，多(duo)(duo)年(nian)來一直積極推動氮化(hua)硼相關成果的(de)(de)轉化(hua)。