ДВУСЛОЙНЫЕ ПЛАСТИНЫ ИЗ СИНТЕТИЧЕСКИХ МОНОКРИСТАЛЛОВ АЛМАЗА, ЛЕГИРОВАННЫХ АЗОТОМ, ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ДИОДОВ ШОТТКИ n-ТИПА
Аннотация
Впервые изготовлен и исследован вертикальный алмазный диод Шоттки с электронным типом проводимости на основе двуслойной монокристаллической пластины синтетического алмаза, легированного азотом, в которой тонкий рабочий слой слаболегированного азотом алмаза был выращен методом химического осаждения из газовой фазы гомоэпитаксиально на сильнолегированной азотом подложке, вырезанной в плоскости {100} из монокристалла, выращенного методом роста на затравке при высоком давлении и температуре. Концентрация азота в виде одиночных атомов замещения (С-центров) в рабочем слое, выращенном из газовой фазы, составляла 0,5 ppm, толщина слоя 10 мкм, толщина подложки с концентрацией азота ~ 200 ppm была 400 мкм. Шесть контактов Шоттки диаметром 0,6 мм были изготовлены магнетронным напылением слоя платины толщиной 200 нм через контактную маску. Сплошной омический контакт был изготовлен на подложке также магнетронным напылением через контактную маску слоя Ti толщиной 5 нм с последующим высокотемпературным отжигом в вакууме для образования карбида титана, и последующим нанесением слоя Pt толщиной 200 нм для предотвращения окисления карбида титана на воздухе. Вольт-амперные характеристики изготовленных диодов исследованы в диапазоне напряжений (-200 В) – (+200) В при температурах до 650 °С. Напряжение открытия изготовленной диодной структуры составляет ~30 В, максимальный ток каждого диода в открытом состоянии достигает 1 мА при U=200 В, при этом обратный ток при Т=525-650 °С не превышает 0,1 мкА. Наибольшее значение коэффициента выпрямления составило ~104.
Для цитирования:
Буга С.Г., Галкин А.С., Кузнецов М.С., Корнилов Н.В., Лупарев Н.В., Приходько Д.Д., Тарелкин С.А., Бланк В.Д. Двуслойные пластины из синтетических монокристаллов алмаза, легированных азотом, для высокотемпературных диодов шоттки n-типа. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2022. Т. 65. Вып. 11. С. 27-33. DOI: 10.6060/ivkkt.20226511.7y.
Литература
Bormashov V.S., Terentiev S.A., Buga S.G., Tarelkin S.A., Volkov A.P., Teteruk D.V., Kornilov N.V., Kuz-netsov M.S., Blank V.D. Thin large area vertical Schottky barrier diamond diodes with low on-resistance made by ion-beam assisted lift-off technique. Diamond Rel. Mat. 2017. V. 75. P. 78-84. DOI: 10.1016/j.diamond.2017.02.006.
Bormashov V., Troschiev S., Volkov A., Tarelkin S., Korostylev E., Golovanov A., Kuznetsov M., Teteruk D., Kornilov N., Terentiev S., Buga S., Blank V. Development of nuclear microbattery prototype based on Schottky barrier diamond diodes. Phys. Stat. Sol. A. 2015. V. 212. N 11. P. 2539-2547. DOI: 10.1002/pssa.201532214.
Koizumi S., Umezawa H., Pernot J., Suzuki M. Power Electronics Device Applications of Diamond Semiconduc-tors. A volume in Woodhead Publ. Ser. in Electronic and Optical Materials. Elsevier: Woodhead Publ. 2018. 433 p.
Stenger I., Pinault-Thaury M.-A., Temahuki N., Gillet R., Temgoua S., Bensalah H., Chikoidze E., Dumont Y., Barjon J. Electron mobility in (100) homoepitaxial layers of phosphorus-doped diamond. J. Appl. Phys. 2021. V. 129. P. 105701. DOI: 10.1063/5.0044326.
Farrer R.G. On the substitutional nitrogen donor in diamond. Solid State Commun. 1969. V. 7. P. 685-687. DOI: 10.1016/0038-1098(69)90593-6.
Heremans F.J., Fuchs G.D., Wang C.F., Hanson R., Awschalom D.D. Generation and transport of photoexcited electrons in single-crystal diamond. Appl. Phys. Lett. 2009. V. 94. P. 152102-1 – 152102-3. DOI: 10.1063/1.3120225.
Matsumoto T., Mukose T., MakinoT. Diamond Schottky-pndiode using lightly nitrogen-doped layer. Diamond Related Mater. 2017. V. 75 P. 152 – 157. DOI: 10.1016/j.diamond.2017.03.018.
Matsumoto T., Yamakawa T., Kato H. Fabrication of inversion p-channel MOSFET with a nitrogen-doped dia-mond body. Appl. Phys. Lett. 2021. V. 119. P. 242105-1 - 242105-4. DOI: 10.1063/5.0075964.
Buga S.G., Kvashnin G.M., Kuznetsov M.S., Luparev N.V., Trofimov S.D., Galkin A.S. Electrical impedance spectra of heavily nitrogen-doped synthetic diamond single crystals in the temperature range 10-400 K. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 12. P. 28-36 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20206312.1y.
Buga S.G., Kornilov N.V., Kuznetsov M.S., Luparev N.V., Prikhodko D.D., Tarelkin S.A., Blank V.D. High-temperature Schottky diodes based on nitrogen-doped diamond single crystals. 14th International Conference "Carbon: fundamental problems of science, materials science, technol-ogy" CFPMST 2022. M.: Troitsk. July 7–9. 2022. P. 43 (in Russian).
Blank V.D., Kuznetsov M.S., Nosukhin S.A., Terentiev S.A., Denisov V.N. The influence of crystallization temperature and boron concentration in growth environment on its distribution in growth sectors of type IIb diamond. Diamond Rel. Mater. 2007. V. 16. P. 800 – 804. DOI: 10.1016/j.diamond.2006.12.010.
Palyanov Y.N., Kupriyanov I.N., Khokhryakov A.F, Ralchenko V.G. Chapter 17, Crystal Growth of Diamond. In: Handbook of Crystal Growth. Elsevier B.V. 2015. DOI: 10.1016/B978-0-444-63303-3.00017-1.
Zaitsev A.M. Optical properties of diamond: a data hand-book, Berlin, New York: Springer. 2001. DOI: 10.1007/978-3-662-04548-0.
Ashfold M.N.R., Goss J.P., Green B.L., May P.W., Newton M.E., Peaker C.V. Nitrogen in diamond. Chem. Rev. 2020. V. 120. N 12. P. 5745-5794. DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00518.
Polyakov S.N., Denisov V.N., Lomov A.A., Shulpina I.L., MartyushovS.Yu., Kornilov N.V., Blank V.D. Large-size X-ray optics quality CVD diamond. Physica Status Solidi - Rapid Res. Lett. 2022. N 2200164. DOI: 10.1002/pssr.202200164.
Setzer A., Esquinazi P.D., Buga S., Georgieva M.T., Reinert T., Venus T., Estrela-Lopis I., Ivashenko A., Bondarenko M., Böhlmann W., Meijer J. Nanometersthick ferromagnetic surface produced by laser cutting of diamond. Materials. 2022. V. 15. P. 1014-1021. DOI: 10.3390/ma15031014.
Chrenko R.M., Strong H.M., Tuft R.E. Dispersed paramagnetic nitrogen content of large laboratory diamonds. Philosoph. Mag. 1971. V. 23. N 182. P. 313-318. DOI: 10.1080/14786437108216387.
Buga S.G., Kuznetsov M.S., Luparev N.V., Prikhodko D.D., Tarelkin S.A., Terentiev S.A., Blank V.D. Investigation of the electrical properties of synthetic diamond single crystals doped with nitrogen in the form of C-centers in the temperature range 450-973K. Tez. report XIII Intern. Сonf. "Carbon: fundamental problems of science, materials science, technology". Moscow: Troitsk. 2021. P. 47-48 (in Russian).
Tarelkin S., Bormashov V., Korostylev E., Troschiev S., Golovanov A., Volkov A., Prikhodko D., Buga S., Te-teruk D., Kornilov N., Kuznetsov M. Comparative study of different metals for Schottky barrier diamond betavoltaic power converter by EBIC technique. Physica Status Solidi. A. 2016. V. 213. N 9. P. 2492-2497. DOI: 10.1002/pssa.201533060.
Gurtov V.A. Solid state electronics. M.: Technosfera. 2008. 510 p. (in Russian).
Neudeck P.G., Spry D.J, Krasowski M.J., Prokop N.F., Beheim G.M., Chen L., Chang C.W. Yearlong 500 °C op-erational demonstration of up-scaled 4H-SiC JFET Integrated Circuits. In: Proc. 2018 IMAPs Int. High Temperature Electronics Conf. Albuquerque, NM, USA. 2018. P. 71-78. DOI: 10.4071/2380-4491-2018-HiTEN-000071.
Spry D.J., Neudeck P.G., Chang C.W. Experimental study on mitigation of lifetime-limiting dielectric cracking in ex-treme temperature 4H-SiC JFET Integrated Circuits”, Materials Science Forum. 2020. V. 1002. P. 1148-1155. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.1004.1148.
