團隊系統分析BN?共摻雜金剛石的形成路徑、熱穩定性及電子結構；
理論計算表明BN?具有0.132 eV淺施主電離能，具有實現n型摻雜的潛力；
揭示不同BNx（x=1–4）缺陷復合體的穩定性差異及應變效應。
金剛石具有超寬禁帶、高擊穿電場、高載流子遷移率和優異熱導率等特點，是高功率電子器件、高頻電子器件以及極端環境電子器件的理想半導體材料。然而，與硼摻雜實現p型導電相比，穩定、高效的n型摻雜仍是制約金剛石電子器件發展的關鍵問題之一。
近年來，硼—氮（B–N）共摻雜因有望形成淺施主缺陷而受到廣泛關注。其中，BN?缺陷復合體被認為具有實現室溫電子激活的潛力，但其形成過程、熱穩定性以及適宜的形成條件仍缺乏系統研究。
針對這一問題，武漢大學劉勝院士團隊聯合西安電子科技大學和華中科技大學研究團隊采用密度泛函理論（DFT）計算，系統研究了BN?共摻雜金剛石的形成路徑、穩定性及電子結構，并比較了BN、BN?、BN?和BN?等不同B–N缺陷復合體的形成能和分解反應能。同時，研究進一步分析了殘余應變對BN?局域鍵合、電子分布及穩定性的影響，以評估不同生長條件下BN?形成的可能性。
圖1 BN?共摻雜金剛石的能帶結構及態密度計算結果
計算結果表明，BN?缺陷在導帶底附近形成施主能級，其施主電離能約為0.132 eV，具有淺施主特征，理論上有利于室溫電子激活。進一步的反應能分析顯示，氮相關前驅體有助于降低B–N缺陷復合體的形成能，其中BN與替位氮反應生成BN?是最有利的形成路徑，在216原子模型中的反應能達到?1.04 eV。相比之下，BN?和BN?等富氮缺陷更容易發生分解，穩定性較低。
此外，研究還發現，微小的壓縮或拉伸應變會改變BN?周圍B–N和B–C鍵長及局域電荷分布，從而影響缺陷穩定性。這表明，殘余應變同樣是影響BN?形成和保持的重要因素。
本研究從理論上系統闡明了BN?共摻雜金剛石的形成機制，明確了不同B–N缺陷復合體的穩定性差異，并提出了BN?更有利的形成路徑。研究結果表明，合理調控氮相關前驅體、殘余應變及生長溫度，有望促進BN?缺陷的形成，為CVD/MPCVD制備BN?共摻雜金剛石提供了理論依據，也為發展n型金剛石材料及相關電子器件提供了新的研究思路。
相關成果以“Synthesis pathways of BN? co-doped diamond for n-type doping: a theoretical study”為題，發表在Functional Diamond期刊上。
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引用格式：
Dongliang, Zhang, Hanyang Xu, Xiang Sun, Zhiyin Gan, and Sheng Liu. 2026. “Synthesis Pathways of BN2 Co-Doped Diamond for n-Type Doping: A Theoretical Study.” Functional Diamond 6 (1). doi:10.1080/26941112.2026.2702691.
信息來源： Functional Diamond
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