金剛石是自然界中最堅(jiān)硬的物質(zhì),在精密加工、磨具磨料、礦山開采、石油鉆探等國民經(jīng)濟(jì)核心領(lǐng)域有重要應(yīng)用,被稱為現(xiàn)在工業(yè)的“牙齒”。金剛石除了具有硬度高的特性外,還具有很多優(yōu)異的半導(dǎo)體性質(zhì),如寬的帶隙、高的熱導(dǎo)率、高的擊穿電壓、高的載流子遷移率以及強(qiáng)的抗輻射能力等,這些性質(zhì)使得金剛石成為制備高性能半導(dǎo)體器件的理想候選材料之一,在深紫外探測器,粒子探測器,高功率、高壓、高頻電子器件等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。隨著金剛石合成技術(shù)的發(fā)展,金剛石基半導(dǎo)體器件已被廣泛地研究并取得了一些進(jìn)展。
基于金剛石優(yōu)異的半導(dǎo)體性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用前景,鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院單崇新教授組建了以研究金剛石半導(dǎo)體性能為主要研究方向的課題組,對金剛石材料和器件展開了系統(tǒng)研究,并在大尺寸、高質(zhì)量單晶金剛石制備及其日盲紫外探測器件制備方面取得一定進(jìn)展。近期,單崇新教授團(tuán)隊(duì)受邀為Advanced Optical Materials雜志撰寫相關(guān)綜述:“Optoelectronic Diamond: Growth, Properties, and Photodetection Applications”。該文章詳細(xì)介紹了近年來人們在金剛石大尺寸單晶制備、金剛石基光電探測器件制備及其應(yīng)用領(lǐng)域取得的研究進(jìn)展。文章首先介紹了金剛石的基本半導(dǎo)體性質(zhì),并與常見半導(dǎo)體性質(zhì)做對比,分析其作為半導(dǎo)體材料的優(yōu)勢及其有望應(yīng)用的領(lǐng)域。接下來從金剛石合成工藝進(jìn)展角度介紹了Mosaic式及異質(zhì)外延制備大尺寸金剛石的研究進(jìn)展,并總結(jié)了金剛石摻雜方面的最新結(jié)果。隨后按器件結(jié)構(gòu)類型分類介紹了目前制備金剛石探測器的器件性能指標(biāo),并對不同結(jié)構(gòu)器件優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對比分析。之后,介紹了金剛石在成像器件、位置探測、太陽光譜檢測等領(lǐng)域的應(yīng)用。最后,該綜述總結(jié)了現(xiàn)階段金剛石光電領(lǐng)域發(fā)展的不足以及面臨的挑戰(zhàn),并對金剛石半導(dǎo)體應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。
相關(guān)內(nèi)容已發(fā)表在Advanced Optical Materials上(DOI: 10.1002/adom.201800359),第一作者為鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院盧英杰博士,通訊作者為單崇新教授。