金刚石电子跃迁特性表征

目的

为进一步推进金刚石、纳米金刚石基光电器件及相关应用的研发，亟需在宽光谱范围内，以非接触式方法表征体相金刚石内部与金刚石表面的电子缺陷态及电子跃迁特性。

解决方案

采用开尔文探针模式（直接测试接触电势差变化 DCPD）与调制模式的非接触式表面光电压（SPV）光谱技术，可在近红外（<0.5 eV）至深紫外（> 6 eV）的宽光谱范围内，高灵敏度表征跃迁能级与电荷分离方向信息。

应用示例

金刚石具有 5.47 eV 的超宽间接带隙 [1]。图 1 为化学气相沉积（CVD）制备的多晶金刚石样品的 DCPD 光谱及其导数曲线，可清晰区分缺陷态激发跃迁与带边附近跃迁信号 [2]。另一金刚石样品的调制 SPV 光谱进一步提升了检测灵敏度，可清晰观测到 5.258 eV 与 5.544 eV 处的特征跃迁信号，分别对应间接激子辅助吸收与横光学声子辅助吸收过程。该类光谱具有指纹特征，可用于产线在线质控等场景。

参考文献

[1] C. D. Clark, P. J. Dean, P. V. Harris, “Intrinsic edge absorption in diamond”, Proc. R. Soc. London A 277, 312 (1964).

[2] Th. Dittrich and S. Fengler, “Transitions in polycrystalline diamond probed by surface photovoltage spectroscopy”, to be submitted.