Введение 9
1 Обзор литературных источников 10
1.1 Основные характеристики и особенности алмаза 10
1.1.1 Структура и физические свойства 10
1.1.2 Особенности зонной структуры 12
1.1.3 Алмаз в сравнении с другими полупроводниками 15
1.2 Методики ростовых технологий и особенности легирования 17
1.2.1 Метод химического осаждения из газовой фазы 17
1.2.2 Метод температурного градиента 19
1.2.3 Легирование монокристаллического алмаза 23
1.3. Устройства алмазной электроники 26
2 Спектроскопия адмиттанса 29
2.1 Теоретические основы 29
2.2 Метод вольт-фарадных характеристик 32
2.3 Температурная и частотная спектроскопии адмиттанса 36
2.4 Измерительный комплекс спектроскопии адмиттанса 38
2.5 Выводы по главе 39
3 Анализ экспериментальных данных и результатов 40
исследования
3.1 Исследуемые образцы 40
3.2 Результаты эксперимента 41
3.2.1 Вольт-фарадное профилирование 41
3.2.2 Результаты измерений температурной и частотной 51
спектроскопии проводимости
3.3 Анализ экспериментальных результатов 53
3.4 Выводы по главе 58
4 Безопасность жизнедеятельности 59
4.1 Схема и принцип работы криокомпрессора замкнутого цикла 59
4.2 Воздействие шума на организм человека
4.3 Контроль и методы борьбы с шумом на рабочем месте
Заключение
Список использованных источников
21 век - время бурного развития цифровых информационных и фотонных технологий. На данном этапе развития повсеместно используемая и давно зарекомендовавшая себя кремниевая электроника уже достигла предела своих возможностей, а в ряде случаев просто неприменима. Поэтому, наиболее актуальной задачей становится поиск вариантов альтернативных материалов и технологий.
Уже давно учеными были начаты исследования материалов, которые, в перспективе, могли бы заменить кремний. Одним из таких вариантов был алмаз. Действительно, параметры алмаза, такие как теплопроводность, электрическая прочность и т.д. были рекордно выше параметров кремния, как, впрочем, и всех других материалов. Однако возникал и ряд трудностей, в частности природные алмазы обладали абсолютно неконтролируемыми электрофизическими параметрами, а стоимость одного карата этого драгоценного камня была довольно высока и могла варьироваться от 10 до 200 долларов. Эту проблему удалось решить путем развития технологий роста более дешевых синтетических алмазов ювелирного качества вначале такими компаниями как Gemesis и Apollo Diamond (США). Однако, решив проблему со стоимостью, производители столкнулись с огромным количеством нюансов и в отношении процессов легирования, и в физике процессов электропроводности. Именно поэтому появилась необходимость в детальной характеризации электрофизических параметров монокристаллического алмаза, что и является основной целью данной выпускной квалификационной работы.
В данной выпускной квалификационной работе методами спектроскопии адмиттанса были исследованы образцы алмазных пластин, с нанесенными на них массивами диодов Шоттки. Образцы пластин были вырезаны из монокристаллов, выращенных по технологии температурного градиента (HPHT) и легированных бором непосредственно в процессе роста. Реализация измерительного процесса осуществлялась с помощью автоматизированного комплекса спектроскопии адмиттанса.
В качестве результата проведенных измерений были получены вольт - амперные, вольт-фарадные характеристики, температурные и частотные спектры проводимости. Из полученных экспериментальных зависимостей были рассчитаны профили концентрации основных носителей заряда по глубине образцов и значения энергии активации примеси бора.
Исследования ВАХ диодов Шоттки, расположенных в разных секторах алмазных пластин показали сильную зависимость обратного тока от местоположения диода. Показано, что обратный ток не может быть объяснен теорией Шокли, более корректная трактовка может быть изложена в рамках генерации ШРХ.
Рассчитанные путем дифференцирования ВФХ профили концентрации ОНЗ продемонстрировали однородный уровень легирования, а также показали разницу в легировании синей ((7-9} 1018 см-3), голубой ((1- 2}1018 см-3) и белой областей ((3-5} 1017 см-3). Анализ встраивания примеси бора в решетку алмаза, приведенный с точки зрения вероятности, и карта распределения концентрации основных носителей заряда (рисунок 3.6) подтвердили разницу в уровне легирования секторов разного цвета.
Температурная зависимость вольт-амперных характеристик продемонстрировала рост как прямой, так и обратной ветви, где первое было объяснено снижением последовательного сопротивления нейтральной области алмаза за счет увеличения концентрации ОНЗ под действием термоактивации, а второе обуславливается термостимуляцией процесса генерации ШРХ. Полученные из ВФХ концентрационные профили и значения контактной разности потенциалов (100 К - 105 В, 200К - 80 В, 300 К - 43 В, 400 К - 40 В) подтверждают данные предположения.
Исследование спектров проводимости в широком диапазоне температур (28-350 К) и частот тестового сигнала (1 кГц - 2 МГц) показало наличие участков разных механизмов электропроводности, обусловленных термоэлектронной эмиссией (Ea(thermo)= 221±7 мэВ) и прыжковым механизмом по примесной зоне (Ea(hopping)= 18±1 мэВ). Зарегистрирован диапазон температур (125-250 К), где их вклады соизмеримы. Также, было зафиксирована снижение энергии активации бора (Ea(thermo)= 221±7 мэВ).
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
