金刚石硼掺杂的第一性原理研究

金刚石硼掺杂的第一性原理研究引言：金刚石因为其极高的硬度、热稳定性以及良好的电绝缘性，被广泛地应用于多个领域，例如宝石、电子、光学、热传导等。然而，金刚石的导电性非常低，是一个典型的电绝缘体，因此其在

金刚石硼掺杂的第一性原理研究 引言： 金刚石因为其极高的硬度、热稳定性以及良好的电绝缘性，被广泛 地应用于多个领域，例如宝石、电子、光学、热传导等。然而，金刚石 的导电性非常低，是一个典型的电绝缘体，因此其在电子器件领域的使 用受到了很大的限制。为了获得可控制的导电性和其他电学性质，目前 一种被广泛研究的方法是通过掺杂来实现改变金刚石的性质。硼掺杂是 一种比较有效的方法，由于其化学性质与碳非常接近，可以直接代替金 刚石中的碳原子，并引入一些空穴使其导电性增强，从而实现金刚石从 电绝缘体向半导体的转变。本文主要讨论金刚石硼掺杂的第一性原理研 究的进展。 硼掺杂的第一性原理研究： 金刚石由于其非常高的硬度和热稳定性，可以在高温和高压下合 成。其晶格结构为立方晶系的空间群Fd-3m，由碳原子构成，每个碳原 子周围有四个等价的碳原子，构成sp3杂化的四面体结构。硼原子与碳 原子具有相似的共价协同键结构，因此可以代替金刚石晶格中的碳原子 形成B-C键。硼原子的电子构型为1s22s22p1，其中1s2电子对应的 能量最低，因此硼原子常常需要失去2个电子来形成+3的离子态，将其 与碳原子的价电子形成键结构。具体来说，硼原子与周围的碳原子形成 即B-C键，由于硼原子缺少了一个电子，因此这个键结构存在着一个空 穴，这个空穴成为p型掺杂，可以提供电子空穴式导电性。硼掺杂后的 金刚石被称为BDD薄膜。掺杂浓度决定了其导电性的大小，目前的实验 数据表明，硼掺杂范围在10^16~10^21cm^-3之间，其中 10^18~10^20cm^-3之间可以实现p型半导体的特性。 在金刚石硼掺杂的第一性原理研究中，主要关注的是掺杂后的电学 性质的变化。晶格结构和能带结构是影响掺杂导电性质的关键因素。第 一性原理方法是研究这些性质的通用方法。第一性原理方法是一种基于