Abstract
我們利用掃描式穿隧電子顯微鏡(Scanning tunneling microscope, STM)及原子力顯微鏡(atomic force microscope, AFM)對摻雜硼、氮的鑽石薄膜進行物性量測。 利用STM對樣品表面局部區域進行穿隧電流量測，可得到穿隧電流對外加電壓的曲線(It-V curve)，將穿隧電流對電壓取微分(dI/dV-V curve)，可得知樣品表面能態情形。實驗結果顯示適量的硼、氮摻雜會降低表面能態密度的能隙(硼摻雜系列從未摻雜前的5.62 eV降至2.77 eV；氮摻雜系列從未摻雜前的5.62 eV降至3.72 eV。) 接著拉高針間距離，量測場發射電流對外加電壓的曲線(I-V curve)，對此關係進行Fowler-Nordheim方程式分析。實驗結果顯示適量的硼、氮摻雜也會有較佳的場發射效果(最大電流密度由未摻雜前的 上升至 ；場發射起使電場由未摻雜前的49.75 V/μm減少為18.45 V/μm；有效功函數也由未摻雜前的0.11 eV下降至0.069 eV。)。 利用AFM得到不同硼、氮摻雜量鑽石薄膜的表面形貌圖(topography)，並進而進行晶粒大小(grain size)的分析，實驗結果發現：鑽石的晶粒會隨摻雜硼的量增多而變大；可能是因為在鑽石薄膜中的摻雜會降低鑽石晶粒的形成能(formation energy)，並提高碳原子在鑽石表面的擴散能力使加速鑽石的成長。且在高量氮摻雜的情形發現會有晶粒聚集的現象，推測是由於氮摻雜破壞了鑽石核的形成，鑽石核密度低而有鑽石晶粒聚集的現象。 我們也進行了穿隧電流影像能譜(Current Image Tunneling Spectroscopy, CITS)的量測，對不同硼、氮摻雜鑽石薄膜量測得到的電性結果與STM實驗結果相佐。對單一晶粒進行CITS量測，發現同樣方向的鑽石晶面出現電性的極大差異，推測可能原因應該和鑽石表面吸附的原子有