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       金刚石不仅是自然界最硬的材料，更因其宽禁带、高热导率、高载流子迁移率等特性，被视为下一代高功率、高温、高频电子器件的理想候选材料。然而，如何高效实现 n 型金刚石一直是制约其应用的瓶颈。

       目前，p 型金刚石可通过硼（B）掺杂较容易实现；而 n 型金刚石实现难度较大，磷（P）是目前公认的最有效 n 型掺杂元素，但其在金刚石中的溶解度较低，极大限制了应用。

       近日，吉林大学高压与超硬材料国家重点实验室李红东教授团队在国际期刊 Diamond & Related Materials 发表最新研究成果。团队利用第一性原理计算，揭示了在 金刚石 (113) 晶面上施加拉伸应变，可以大幅提升磷（P）掺杂效率。这一发现为实现高性能 n 型金刚石半导体器件提供了新的理论依据。

       研究亮点

       团队基于 第一性原理计算（DFT），系统比较了 P 在不同晶面 [(100)、(110)、(111)、(113)] 的掺杂形成能，并进一步考察了 表面氢/氧终止及外加应变对掺杂性能的影响。

       最佳晶面：在 (113) 晶面上，P 掺杂的形成能最低，意味着掺杂效率最高。

       表面处理影响有限：氢或氧终止会略微增加形成能，但整体不改变 (113) 晶面的优势。

       拉伸应变显著提升效率：当对 (113) 晶面施加 10% 的双轴拉伸，应变可使形成能降低至 0.63 eV，大幅提高 P 的溶解度。相比之下，压缩应变则会抑制掺杂。

       应用前景

       这项研究证明了通过 晶面选择 + 应变工程，可以有效解决 n 型金刚石掺杂难题，为高性能金刚石电子器件奠定基础。未来，这一方法有望应用于：

       紫外光电器件（如深紫外 LED、探测器）；

       高功率、高温电子器件；

       新一代射频器件。

       吉林大学团队的成果不仅深化了对金刚石掺杂机理的理解，也为推动 金刚石半导体材料产业化 提供了新方向。随着应变工程和外延工艺的结合，n 型金刚石器件的商业化有望加速到来。

       图文导读

图1. 原始、氢终止和氧终止金刚石表面的侧视图 分别对应(a) (100)、(b) (110)、(c) (111)、(d) (113)取向。黄色、粉色和红色球体分别代表C、H和O原子。表面键长已标注。

图2. 磷掺杂金刚石表面（100）、（110）、（111）和（113）上形成能（Ef）随掺杂深度变化的关系曲线：（a）原始表面，（b）氢终止表面，（c）氧终止表面

图3. 部分态密度（PDOS）：（a-c）未掺杂的钻石（113）表面；（d-f）以掺杂深度约5 Å的磷掺杂为例。

图4. (a) 钻石(100)、(110)、(111)和(113)原始表面在应变条件下掺磷后的缺陷形成能(Ed)；(b) 相对键能变化ΔL/L₀。负值表示压缩应变，正值表示拉伸应变。