金刚石是一种集最大硬度、最大热导率、最小压缩率、最宽透光波段、耐强酸强碱、抗辐射等诸多优异特性为一体的极限功能材料，其在量子信息、医疗卫生、军事国防、工业科技等应用有重要用途。通常情况下，天然金刚石和人工合成金刚石为绝缘体。当金刚石结构中引入硼元素后，硼成为浅受主并可赋予金刚石 p型半导体特性。
图 1(a)、(b)为未添加任何添加剂时所合成的金刚石光学照片，2 粒晶体呈典型的黄色，这是由于氮杂质进入到金刚石并以单原子替代式占据碳原子而造成的。然而，硼进入到金刚石结构中后，会导致金刚石呈蓝色，甚至黑色。而且硼进入到(111)晶面比进入到(100)晶面更加容易，故导致金刚石晶体(c)中硼呈现辐射状分布[11]，晶体呈黄黑相间倘若选择(111)面作为晶体生长面时，由于合成温度较高，导致合成金刚石的(111)晶面非常发达，而晶体(100)晶面非常小，此时硼在金刚石中的分布相对均匀，如图 1(d)所示，晶体呈深绿色。为了排除氮杂质对金刚石中硼分布的影响，使用钛/铜作为除氮剂，目的是使合成腔体内部氮杂质与除氮剂反应生成氮化钛而驻留在熔融的触媒中，这样可以最大程度上避免氮杂质进入到金刚石中。从晶体光学照片图 1(e)中可以看到，该晶体呈现出淡蓝色，而且硼在该晶体中的分布相对非常均匀。图 1(f)金刚石晶体具有发育程度相当的(100)和(111)晶面，该晶体总体呈蓝色，而且硼在金刚石中分布非常均匀。
为了检测所合成晶体是否为单一的 sp3杂化金刚石相，我们对合成的金刚石进行了Raman 光谱测试，测试结果如图 2 所示。可以看到 6 个金刚石对应的 Raman 峰均在 1330cm-1 附近，详细 Raman 峰和对应的半峰宽度如表 2 所示。拉曼光谱基底平直而且无石墨对应的石墨峰(1350-1600cm-1)，这说明合成的晶体为高质量金刚石单晶。严格意义上来说，金刚石 Raman 峰的半峰宽应为零，但是由于金刚石结构中杂质缺陷以及内部应力的存在，导致金刚石 Raman 峰不再为零。根据应力计算公示。
为了表征金刚石中硼分布得以优化，我们对金刚石晶体(f)进行了时间飞行二次离子质谱测试，测试结果如图 3 所示。该图橙色点对应的测试元素为硼元素的浓度，黑色部分则意味着无硼元素，可以明显看出硼在(100)晶面上分布比较均匀，这将有利于金刚石电输运性能的提升。
化合积电是一家专注于宽禁带半导体材料研发、生产和销售的国家高新技术企业，核心产品有多晶金刚石(晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石窗口片、金刚石基复合衬底)、单晶金刚石(热学级、光学级、电子级、硼掺杂、氮掺杂)和金刚石复合材料等，引领金刚石及新一代材料革新，赋能高端工业化应用，公司产品广泛应用于激光器、GPU/CPU、医疗器械、5G基站、大功率LED、新能源汽车、新能源光伏、航空航天和国防军工等领域。
