热裂解硅碳氮基半导体材料研究

聚合物热裂解非晶硅碳氮基材料是新型的非晶半导体材料，具有优良的热、机械性能、高温化学与结构稳定性和特殊的电学性质，在空间、能源和军事领域，特别是极端环境条件有极大的应用前景。但热裂解硅碳氮陶瓷材料的物理特性，特别是电学特性还未被清晰的认识，而且结构与物性关系也需揭示，这严重地制约了材料功能化的研发。.本项目的目标是调控掺杂和微构成，在聚合物热裂解非晶硅碳氮材料上实现P型和N型半导体材料，了解陶瓷材料的电学参量和电子状态结构，确定调控载流子的浓度和迁移率的技术手段。研究外部因素如材料应变、温度等对电子结构和载流子输运特性的影响，特别是聚合物衍生SiCN基非晶材料P型与N型导电的形成机制和压阻效应产生机制，通过材料组成与微结构控制，制备高压阻系数的SiCN基非晶陶瓷压阻原理性器件。为热裂解硅碳氮材料在极限条件下应用的传感器和半导体材料提供实验基础和理论依据。

经过三年的研究工作，被资助项目组利用掺杂与工艺控制技术在热裂解SiCN基非晶半导体材料上获得了多种组分构成的P型和N型载流子导电非晶半导体材料。在6%铝掺杂的聚合物衍生硅碳氮基非晶半导体获得较稳定的P型导电，但该P型在120C温度以上，会发生向N型半导体转化。研究了聚合物热裂解衍生陶瓷与纳米材料的电学与光学特性与材料结构与组分的关系，获得了控制材料电学特性的工艺条件。在铝掺杂与硼掺杂的聚合物热裂解衍生SiCN基陶瓷上实现了高压阻的响应原理器件，压阻响应系数最高达到万以上，在常规应力条件下，掺铝的SiCN基非晶半导体的压阻响应系数高于4000。