研究论文

10 不同等离子体条件下金刚石薄膜生长模式的演变：基于光发射光谱

金刚石由于其超宽禁带、高击穿电场、高热导率和高载流子迁移率，被认为是新一代功率与高频电子器件的理想半导体材料。在制备金刚石材料的现有方法中，异质外延是目前最有希望扩大金刚石薄膜尺寸的方法，其具有大尺寸、低成本和与现有半导体工艺兼容性好的优点。然而，在异质衬底上实现大尺寸、高质量单晶金刚石的外延生长仍面临巨大挑战，其中高位错密度、应力积累以及生长模式不稳定是制约其进一步发展的关键问题。近年来，在Ir复合衬底体系上制备英寸级尺寸单晶金刚石已取得重要进展。然而，等离子体生长参数如何通过调控反应物浓度进而决定生长模式演化的物理机制仍缺乏系统认识。

近日，中国科学院半导体所金鹏研究团队利用原位光学发射光谱技术，系统研究了微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）过程中甲烷浓度、微波功率和气压对等离子体反应物（C₂、CH和H_α）浓度的影响，并将其与Ir/YSZ/Si（001）衬底上金刚石的生长形貌和结晶行为直接关联。研究发现，在低成核密度条件下，过高的C₂浓度会诱导金刚石由规则晶面生长向球状结构转变；而在高成核密度、异质外延生长环境中，气压和温度通过同时调控反应物浓度与表面反应动力学，驱动金刚石在层状外延、多晶、金字塔外延以及台阶流外延模式之间发生转变。

作者进一步指出，异质外延条件下体系应力与高缺陷密度显著放大了反应物浓度变化对生长模式的影响，使得等离子体驱动效应与衬底驱动效应共同决定外延生长的稳定性。该工作从等离子体化学与表面反应协同演化的角度，构建了异质外延金刚石生长模式转变的物理图像，为实现高质量、大尺寸单晶金刚石的可控外延生长提供了重要实验依据和参数设计指导。

图1. 低成核密度下，金刚石在不同甲烷氢气流量比生长一小时的SEM结果（a）2%; （b）3%;（c）4%；（d）5%。

图2. 不同生长条件下金刚石薄膜的SEM图片和光学图片：（a）低压低温；（b）低压高温；（c）高压低温；（d）（e）高温高压。（b）和（c）中的插图显示了倾斜样品的表面视图。

该文章以题为“Evolution of diamond film growth modes under varied plasma conditions: insights from optical emission spectroscopy”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Evolution of diamond film growth modes under varied plasma conditions: insights from optical emission spectroscopy

Full Text 

11 基于表面电荷转移掺杂调控的超快、高响应和可见-近红外敏感的自供电MoTe₂/ReS₂异质结光电探测器

近年来，快速发展的光电子技术对光电探测器提出了更高的要求，包括器件微型化、宽光谱响应、高灵敏度以及低功耗等。二维（2D）范德华（vdW）材料则凭借其独特的物理化学性质（如无悬空键，内建电场促进载流子分离等），被认为是满足上述要求的理想候选材料。然而，缺陷诱导的载流子复合问题严重限制了器件的响应度和量子效率。

近日，杭州电子科技大学郑梁、吴章婷团队以MoTe₂/ReS₂异质结为基础，使用表面电荷转移掺杂（SCTD）技术，通过F4-TCNQ对MoTe₂进行了p型掺杂，成功构建出p-i-n结构（已掺杂MoTe₂-本征MoTe₂-ReS₂）。在1064 nm的红外光照射下，该器件在将上升/下降响应速度维持在11.6/15.6 μs的同时，响应率和探测率分别高达2.86 A/W和1.41 × 10¹² Jones，较未掺杂时提升了28.9倍以及2个数量级。同时，其外量子效率也从11.5%提升至334%。该工作实现了 “高响应率 + 快响应速度 + 高探测率” 的协同提升，验证了 SCTD 技术在二维异质结中的高效调控作用，探索了异质结光电探测器的发展方向。

图1.（a-c）MoTe₂/ReS₂异质结的光学图片、器件示意图以及拉曼光谱图；（d）F4-TCNQ掺杂后异质结在1064 nm光照下随光强变化的输出特性曲线；（e,f） 不同波长光照下掺杂前后异质结的响应率以及外量子效率随光强变化曲线。

该文章以题为“Ultra-fast and high-responsivity self-powered vis−NIR photodetector via surface charge transfer doping in MoTe₂/ReS₂ heterostructures”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Ultra-fast and high-responsivity self-powered vis−NIR photodetector via surface charge transfer doping in MoTe₂/ReS₂ heterostructures

Haozhe Ruan, Yongkang Liu, Jianyu Wang, Linjiang Xie, Yixuan Wang, Mengting Dong, Zhangting Wu, and Liang Zheng

J. Semicond. 2026, 47(1), 012701 doi: 10.1088/1674-4926/25060013

Full Text