Получение и исследование крупных монокристаллов синтетического алмаза для применения в полупроводниковой технике

• Автор: Фейгельсон, Борис Николаевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 173 с. : ил.

Введение

Глава 1 Алмаз как материал электронной техники и методы синтеза

алмазов

1.1 Сопоставление свойств современных материалов электронной техники.

1.2 Полупроводниковые приборы с использованием алмаза.

1.2.1 Алмазные теплоотводы

1.2.2 Пассивные и активные полупроводниковые приборы на алмазе

1.3 Свойства алмазов

1.3.1 Структура алмаза

1.3.2 Собственные дефекты в алмазе

1.3.3 Физическая классификация алмазов по типам.

1.3.4 Формы существования примеси азота в алмазе
1.3.5 Ионы переходных металлов в структуре алмаза.
1.4 Параметры и технология получения синтетических алмазов
ГЛАВА 2 Аппараты высокого давления. Анализ работы
многопуансонных аппаратов высокого давления
2.1. Общие положения. Классификация аппаратов высокого давления
2.2. Основные положения анализа работы многопуансонных аппаратов
2.3 Условия равновесия пуансонов первой ступени.
2.4 Общий анализ работы многопуансонных аппаратов.
2.5 Расчет необходимых затрат усилия на поддержку пуансонов.
2.6 Сравнительный анализ эффективности генерации давления
в кубической и октаэдрической ЯВД
2.7 Сравнительный анализ одноступенчатой и двухступенчатой схем генерации давления
ГЛАВА 3 Экспериментальное исследование параметров
роста алмаза давления и температуры
3.1 Контроль давления в ячейке высокого давления многопуансонного аппарата.
3.2 Контроль температуры в ячейке высокого давления многопуансонного аппарата.
Выводы.
ГЛАВА 4 Получение монокристаллов синтетического алмаза и исследование свойств выращенных и отожженных при высоком давлении кристаллов.
4.1 Получение экспериментальных образцов монокристаллов синтетического алмаза.
4.2 Примесные дефекты в алмазах, выращенных в диапазоне температур С в ростовой системе РеМС.
4.3 Дальнейшие исследования дефектного состава и распределения примесных дефектов в синтетических кристаллах алмаза
4.3.1 Окраска кристаллов.Спектры поглощения и фотолюминесценции
4.3.2 Включения и текстура
ГЛАВА 5 Исследования природы и структуры азотных
и азотнометаллических дефектов.
Отжиг выращенных синтетических алмазов.
5.1 Разделенные азотные пары.
5.2 Ионы никеля в структуре алмаза.
5.3 Центр
5.4 ЦЕНТР ЫЕ
5.5 Азотноникелевый дефект ЛЕ2 в синтетических алмазах
5.6 Азотноникелевый центр 3 в отожженных синтетических алмазах
5.7 Фотоиндуцированные никельсодсржащие центры в синтетических алмазах, подвергнутых Р,Тобработке при К
5.7.1 Фотоиндуцированный центр
5.7.2 Другие фотоиндуцированные центры
ГЛАВА 6 Особенности формирования секториальной структуры и
распределения азотных дефектов в монокристаллах
синтетического алмаза, полученных методом температурного градиента.
6.1 Характеристика зональности кристаллов
6.2 Секториальная структура кристаллов.
6.3 Общее содержание азота и его распределение по секторам.
6.4 Распределение С и А дефектов в секторах роста
6.5 Скорость роста и соотношение СА азотных дефектов
6.6 Обсуждение результатов.
6.6.1 О механизме образования Адефектов
6.6.2 Влияние скорости роста кристалла на образование Адефектов
6.7 Легированные бором кристаллы алмаза, выращенные методом температурного градиента
Основные результаты и выводы.
Литература


Список использованных источников включает 1 наименования на стр. Полный объем диссертации 3 стр. Основными материалами электронной техники являются кремний и арсенид галлия. Вместе с тем, в последние два десятилетия предпринимаются активные попытки использовать широкозонные материалы, среди которых наиболее интенсивно разрабатываются и используются такие материалы как алмаз, бетаБЮ, СаЫ и другие. Исследованию свойств алмаза и возможностям его использования в электронной технике посвящено большое число монографий, книг и огромное число публикаций. На русском языке опубликованы книги , на английском книги . Число публикаций в периодической литературе превышает несколько тысяч. Как указано в 6, перспективы применения алмазов в электронике связаны с пятью физическими параметрами дрейфовой скоростью насыщения носителей У5, теплопроводностью х напряженностью поля электрического пробоя Не, подвижностью электронов рс и дырок рь а также диэлектрической проницаемостью 8 5,7, которая в алмазе минимальна по сравнению с другими полупроводниковыми материалами и равна высокочастотному значению 8 п2 п показатель преломления. Из этих характеристик три первых V, х и Ес являются наивысшими, а две других р, и 8 просто хорошими, намного лучше, чем у кремния, базового материала современной микроэлектроники . Сопоставление свойств различных материалов полупроводниковой техники приведено в табл. Глава 1. Таблица 1. Ширина запрещенной зоны при 0 К. В . А 2. Дрейфовая скорость насыщения электронов V. Электрическая прочность Ес. Теплопроводность алмаза, достигающая при комнатной температуре ВтмК и даже ВтмК в образцах с пониженным содержанием изотопа ,3С , уменьшается с ростом температуры, хотя даже при 0 С ога выше, чем у меди и у всех известных полупроводниковых материалов 0 ВтмК. Столь высокие параметры алмаза, приведенные в табл. XXI веке . В последние два десятиления в Советском Союзе, Японии, США и других странах были осуществлены широкомасштабные программы по созданию синтетических алмазов из газовой фазы . Были получены как монокристаллические алмазные пленки на подложках из натурального алмаза малой площади до нескольких кв. Различные примеси бор, литий, мышьяк и др. Для сравнения различных материалов используют фигуры качества Джонсона и Кейса i i . Глава 1. V с
где Ес и У5 определены в табл. Фигуры качества Кейса i i определяют по
формуле , где x теплопроводность, относительная диэлек
трическая проницаемость, с скорость света . Сравнение полупроводников по фигурам Джонсона и Кейса приведено в таблице 1. Таблица 1. Полупроводник
6. Алмаз На . Фигуры Джонсона и Кейса потенциально характеризуют пригодность использования полупроводников для мощной и высокочастотной электроники. На первый взгляд алмаз является абсолютным рекордсменом. Однако, ограничения, указанные ниже, существенно сужают область применения алмаза в электронике. Исследования электрических свойств алмаза вскрыли его существенные недостатки по сравнению с другими широкозонными материалами, такими как карбид кремния, нитрид галлия и другими. Глава I. Алмаз не имеет мелких донорных примесей. Азот в запрещенной зоне алмаза создает свыше двух десятков глубоких уровней, классификация которых дана, например, в ,. Энергетические уровни в запрещенной зоне природного алмаза, связанные с азотом, приведены в табл. Из таблицы 1. В, т. Высокая концентрация азотных центров до 0,2 в природных алмазах, кроме того, затрудняет создание полупроводниковых электронных структур, например, методом имплантации изза компенсирующих свойств. В природных натуральных алмазах типа На даже с малым содержанием азота почти не встречаются алмазы с концентрацией азота ниже 2 см5 . В этом плане синтетические алмазы с более низким содержанием азота могут иметь существенные преимущества. Таблица 1. Энергетические уровни в запрещенной зоне природного алмаза, связанные с азотом. Еу Еу 1. ЕВ2 4. ЕВ1 5. Литий, впервые введенный в алмаз ионной имплантацией , имеет энергию донорного уровня в запрещенной зоне 0, 0, эВ. Глава 1.