单晶金刚石声子非简谐衰减效应研究

作     者：李斌 胡秀飞 杨旖秋 王英楠 谢雪健 彭燕 杨祥龙 王希玮 胡小波 徐现刚 冯志红 LI Bin;HU Xiufei;YANG Yiqiu;WANG Yingnan;XIE Xuejian;PENG Yan;YANG Xianglong;WANG Xiwei;HU Xiaobo;XU Xiangang;FENG Zhihong

作者机构：山东大学新一代半导体材料研究院济南250100 山东大学晶体材料国家重点实验室济南250100 专用集成电路国家级重点实验室石家庄050051 中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051 

出 版 物：《人工晶体学报》 (Journal of Synthetic Crystals)

年 卷 期：2023年第52卷第3期

页      面：442-451页

学科分类：081702[工学-化学工艺] 080701[工学-工程热物理] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：山东省重大科技创新项目(2022CXGC010103) 国家自然科学基金(62004118) 晶体材料国家重点实验室自主课题 国防科技重点实验室基金项目 

主　　题：单晶金刚石 拉曼光谱 掺杂 温度相关性 声子衰减 声子寿命 

摘      要：随着金刚石作为散热材料在大功率半导体器件、激光器、微波器件和大规模集成电路等领域中的应用愈加广泛,通过对金刚石局部进行精确测温以评价其散热性能是一个重要的研究课题。本文使用拉曼光谱仪对不同掺杂类型的高温高压(HTHP)样品和化学气相沉积(CVD)样品在228~678 K进行检测,得到了金刚石样品TO模拉曼峰位、半峰全宽等与温度的一一对应关系,并通过理论计算模型明确了热膨胀、三声子、四声子随温度变化对拉曼峰位、半峰全宽的贡献。理论和实验测试结果发现:不同掺杂以及不同类型样品的拉曼光谱峰位无明显区别;随温度升高,半峰全宽宽化,主要影响因素为声子衰减导致的非简谐效应,同时受载流子的电离率、浓度、类型,以及缺陷和杂质影响;声子寿命主要受到声子的非简谐衰减作用影响,基本不受杂质散射的影响。本研究为金刚石材料的温度检测提供了一种无损、非接触、高空间分辨率的方法。