АЛМАЗНЫЕ ВЕРТИКАЛЬНЫЕ pn ДИОДЫ ШОТТКИ С ПРЕЦИЗИОННО ЛЕГИРОВАННЫМ АЗОТОМ СЛОЕМ n-
Аннотация
В данной работе были проведены эксперименты, направленные на оптимизацию вертикальных Шоттки pn диодов с концентрацией азота в n- слое <10 ppb за счет изменения концентрации бора в подложке и толщины слоя. Были изготовлены Шоттки pn диоды, представляющие собой легированную бором алмазную подложку толщиной 250 – 300 мкм и линейными размерами 2,5 – 4 мм, полученную методом температурного градиента при высоких давлении и температуре, на которой методом осаждения из газовой фазы был выращен слаболегированный азотом слой с толщиной приблизительно 5 мкм и концентрацией азота в нем ~1 – 10 ppb. Концентрация бора в положке варьировалась от 2 до 100 ppm. Площадь электрических контактов составляла 6,25 мм2. Были исследованы вольт-амперные и вольт-фарадные характеристики диодов. Вольт-фарадные характеристики показали независимость емкости диодов на среднелегированной подложке от запирающего напряжения, что говорит о полном обеднении дрейфового слоя диода. Это подтверждает, что данные диоды являются pn Шоттки диодами. Максимальное интегральное значение прямого тока было ограничено сопротивлением подложки и составило 0,1 А при 10 В и площади Шоттки контакта 6,25 мм2. Это значительно ниже рекордных характеристик алмазных Шоттки диодов. Была обнаружена прямая зависимость концентрации бора в выращенном слое и концентрацией бора в подложке. Таким образом сделан вывод о том, что для достижения максимально низких концентраций донорных центров в n- слое и предотвращения перекомпенсации их акцепторами необходимо использовать легированные бором подложки с концентрацией бора ~1017 см-3.
Для цитирования:
Тимошенко В.О., Приходько Д.Д., Тарелкин С.А., Корнилов Н.В., Лупарев Н.В., Голованов А.В. Алмазные вертикальные pn диоды Шоттки с прецизионно легированным азотом слоем n-. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 10. С. 73-79. DOI: 10.6060/ivkkt.20246710.11y.
Литература
Rouger N., Maréchal A. Design of Diamond Power Devic-es: Application to Schottky Barrier Diodes. Energies. 2019. V. 12. N 12. P. 2387. DOI: 10.3390/en12122387.
Umezawa H., Mokuno Y., Yamada H., Chayahara A., Shikata S. Characterization of Schottky Barrier Diodes on a 0.5-Inch Single-Crystalline CVD Diamond Wafer. Diam.Relat. Mater. 2010. V. 19. N 2–3. P. 208–212. DOI: 10.1016/j.diamond.2009.11.001.
Blank V.D., Bormashov V.S., Tarelkin S.A., Buga S.G., Kuznetsov M.S., Teteruk D.V., Kornilov N.V., Terentiev S.A., Volkov A.P. Power High-Voltage and Fast Response Schottky Barrier Diamond Diodes. Diam. Relat. Mater. 2015. N 57. P. 32–36. DOI: 10.1016/j.diamond.2015.01.005.
Kobayashi A., Ohmagari S., Umezawa H., Takeuchi D., Saito T. Suppression of Killer Defects in Diamond Vertical-Type Schottky Barrier Diodes. Jap. J. Appl. Phys. 2020. V. 59. N. SG. P. SGGD10. DOI: 10.7567/1347-4065/ab65b1.
Ohmagari S., Yamada H., Tsubouchi N., Umezawa H., Chayahara A., Seki A., Kawaii F., Saitoh H., Mokuno Y. Schottky Barrier Diodes Fabricated on Diamond Mosaic Wafers: Dislocation Reduction to Mitigate the Effect of Coalescence Boundaries. Appl. Phys. Lett. 2019. V. 114. N. 8. P. 082104. DOI: 10.1063/1.5085364.
Teraji T., Fiori A., Kiritani N., Tanimoto S., Gheeraert E., Koide Y. Mechanism of Reverse Current Increase of Vertical-Type Diamond Schottky Diodes. J. Appl. Phys. 2017. V. 122. N 13. P. 135304. DOI: 10.1063/1.4994570.
Fiori A., Teraji T., Koide Y. Diamond Schottky Diodes with Ideality Factors Close to 1. Appl. Phys. Lett. 2014. V. 105. N 13. P. 133515. DOI: 10.1063/1.4897315.
Buga S.G., Galkin A.S., Kuznetsov M.S., Kornilov N.V., Luparev N.V., Prikhodko D.D., Tarelkin S.A., Blank V.D. Doublelayer plates from synthetic diamond single-crystals doped with nitrogen for high-temperature n-type schottky diodes. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 11. P. 27–33 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226511.7y.
Volpe P. N., Muret P., Pernot J., Omnès F., Teraji T., Jomard F., Planson D., Brosselard P., Dheilly N., Vergne B., Scharnholtz S. High Breakdown Voltage Schottky Diodes Synthesized on P-Type CVD Diamond Layer. Phys. Status Solidi (a). 2010. V. 207. N 9. P. 2088–2092. DOI: 10.1002/ pssa.201000055.
Butler J. E., Geis M. W., Krohn K. E., Lawless J., Deneault S., Lyszczarz T. M., Flechtner D., Wright R. Ex-ceptionally High Voltage Schottky Diamond Diodes and Low Boron Doping. Semicond. Sci.Technol. 2003. V. 18. N 3. P. S67–S71. DOI: 10.1088/0268-1242/18/3/309.
Twitchen D. J., Whitehead A. J., Coe S. E., Isberg J., Hammersberg J., Wikstrom T., Johansson E. High-Voltage Single-Crystal Diamond Diodes. IEEE Transact. Electron Devices. 2004. V. 51. N 5. P. 826–828. DOI: 10.1109/TED.2004.826867.
Tarelkin S., Bormashov V., Buga S., Volkov A., Teteruk D., Kornilov N., Kuznetsov M., Terentiev S., Golovanov A., Blank V. Power Diamond Vertical Schottky Barrier Di-ode with 10 A Forward Current. Phys. Status Solidi (a). 2015. V. 212. N 11. P. 2621. DOI: 10.1002/pssa.201532213.
Makino T., Tanimoto S., Kato H., Tokuda N., Ogura M., Takeuchi D., Oyama K., Ohashi H., Okushi H., Yamasa-ki S. Diamond Schottky P-n Diode with High Forward Current Density. Phys. Status Solidi (a). 2009. V. 206. N 9. P. 2086–2090. DOI: 10.1002/pssa.200982228.
Makino T., Tanimoto S., Hayashi Y., Kato H., Tokuda N., Ogura M., Takeuchi D., Oyama K., Ohashi H., Oku-shi H., Yamasaki S. Diamond Schottky-Pn Diode with High Forward Current Density and Fast Switching Operation. Appl. Phys. Lett. 2009. V. 94. N 26. P. 262101. DOI: 10.1063/1.3159837.
Makino T., Kato H., Tokuda N., Ogura M., Takeuchi D., Oyama K., Tanimoto S., Okushi H., Yamasaki S. Dia-mond Schottky‐pn Diode without Trade‐off Relationship between Onresistance and Blocking Voltage. Phys. Status Solidi (a). 2010. V. 207. N 9. P. 2105–2109. DOI: 10.1002/ pssa.201000149.
Matsumoto T., Mukose T., Makino T., Takeuchi D., Yamasaki S., Inokuma T., Tokuda N. Diamond Schottky-Pn Diode Using Lightly Nitrogen-Doped Layer. Diam. Relat. Mater. 2017. V. 75. P. 152–154. DOI: 10.1016/j.diamond.2017.03.018.
Shikata S. Single Crystal Diamond Wafers for High Power Electronics. Diam. Relat. Mater. 2016. V. 65. P. 168–175. DOI: 10.1016/j.diamond.2016.03.013.
Achard J., Issaoui R., Tallaire A., Silva F., Barjon J., Jomard F., Gicquel A. Freestanding CVD Boron Doped Di-amond Single Crystals: A Substrate for Vertical Power Electronic Devices. Phys. Status Solidi (a). 2012. V. 209. N 9. P. 1651–1658. DOI: 10.1002/pssa.201200045.
Kubota A., Nagae S., Motoyama S., Touge M. Two-Step Polishing Technique for Single Crystal Diamond (100) Substrate Utilizing a Chemical Reaction with Iron Plate. Diam. Relat. Mater. 2015. V. 60. P. 75–80. DOI: 10.1016/j.diamond.2015.10.026.
Schroder D.K. Semiconductor Material and Device Characterization. IEEE Press. Wiley: Piscataway, NJ: Hoboken. 2006. 781 p. DOI: 10.1002/0471749095.
Makino T., Kato H., Takeuchi D., Ogura M., Okushi H., Yamasaki S. Device Design of Diamond Schottky-Pn Diode for Low-Loss Power Electronics. Jap. J. Appl. Phys. 2012. V. 51. N 9R. P. 090116. DOI: 10.1143/JJAP.51.090116.
Prikhodko D. D., Timoshenko V. O., Tarelkin S. A., Kuznetsov M. S., Luparev N. V., Blank V. D. Compensation ratio of acceptor centers in different growth sectors of boron-doped HPHT diamond. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 10. P. 38–43 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236610.7y.
Bormashov V.S., Tarelkin S.A., Buga S.G., Kuznetsov M.S., Terentiev S.A., Semenov A.N., Blank V.D. Electrical Properties of the High Quality Boron-Doped Synthetic Single-Crystal Diamonds Grown by the Temperature Gradient Method. Diam. Relat. Mater. 2013. V. 35. P. 19–23. DOI: 10.1016/j.diamond.2013.02.011.
