Рисунок 1(а) — изображение диода Шоттки, полученное на электронном микроскопе, 1(б) — схема диода Шоттки.
В Институте прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН сделали существенный вклад в разработку электронных приборов на основе искусственного алмаза, созданного из газовой фазы (CVD). По совокупности физических свойств такой алмаз превосходит другие широкозонные полупроводниковые материалы и является перспективным для создания мощных и высокочастотных полупроводниковых приборов следующего поколения.
В институте создали алмазные диоды Шоттки (рис. 1а). Их можно применять в мощных высоковольтных преобразователях напряжения и радиационно-стойких датчиках ионизирующего излучения.
В плазмохимическом реакторе, созданном собственноручно, на монокристаллической подложке вырастили структуру из двух слоёв алмаза: сильно (p++) и слабо (p-) легированных бором. Это позволило впервые получить слой алмаза с высокой концентрацией бора (10) и высоким кристаллическим совершенством. 21 см-3 и низким удельным электрическим сопротивлением 10-3 Диоды, построенные по данной схеме, функционировали в широком температурном диапазоне (рис. 1в) и выдерживали токовые плотности до 1000 ампер на квадратный сантиметр. 2Высокое качество кристаллов выращиваемых с помощью метода CVD алмазов обеспечило получение высоких электрических полей в диодах — 2,5 МВ/см.
Исследование показало, что созданный алмазный диод Шоттки имеет сверхнизкие токи утечки при обратном включении. Это открывает возможности для его применения в качестве малошумящих датчиков различных высокоэнергетических частиц, ультрафиолетового и рентгеновского излучений.
Была продемонстрирована возможность измерения температуры силового диода рядом расположенным сенсорным диодом меньшего диаметра. Для измерений использовался термозависимый параметр диода-сенсора – напряжение открытия при малом токе. Изменение напряжения на диоде-сенсоре от температуры при постоянном токе составляло 3 мВ/ºC. Регистрируя напряжение на диоде-сенсоре при постоянном токе, проводились измерения температуры структуры, где расположен силовой диод, в реальном времени. Рисунок 1г демонстрирует нагрев силового диода на 60ºС, измеренный сенсорным диодом (черная кривая), при подаче на силовой диод импульса напряжения (синяя кривая).
Датчики температуры, изготовленные на разных полупроводниковых материалах, широко применяются в силовой электронике для мониторинга и управления тепловыделением. Такие датчики помогают регулировать мощность полупроводниковых приборов и повышать их надежность. В алмазной электронике датчик температуры как элемент электронной схемы также важен для надёжной работы аппаратуры и устройств, созданных с применением алмазной электронной компонентной базы.
Исследование проведено с финансовой помощью Российского научного фонда по гранту № 22-12-00309. https://rscf.ru/project/22-12-00309.
График вольт-амперного зависимости диода для разных температур.
На рисунке 1г представлена зависимость температуры силового диода от времени. Синим цветом отмечен импульс напряжения, вызвавший нагрев диода.
Публикации:
М.А. Лобаев, Д.Б. Радищев, А.Л. Вихарев, А.М. Горбачев, С.А. Богданов, В.А. Исаев, С.А. Краев, А.И. Охапкин, Е.А. Архипова, П.А. Юнин, Н.В. Востоков, Е.В. Демидов, М.Н. Дроздов Диоды и транзисторы из алмазных структур с p-n переходом. , ЖТФ, т. 95, в. 3, (2025), с. 540 – 548.
М.А. Лобаев, Д.Б. Радишев, А.Л. Вихарев, А.М. Горбачев, С.А. Богданов, В.А. Исаев, Е.В. Демидов, С.А. Краев, Е.А. Архипова, С.А. Королев, А.И. Охапкин, М.Н. Дроздов Датчик температуры в реальном времени на базе интегрального алмазного Шотткиго диода. , Materials Science in Semiconductor Processing, 188 (2025) 109267
Авторы: Лобаев М.А., Радищев Д.Б., Вихарев А.Л., Горбачев А.М., Богданов С.А., Исаев В.А., Краев С.А., Охапкин А.И., Архипова Е.А., Юнин П.А., Востоков Н.В., Демидов Е.В., Дроздов М.Н. (ИПФ РАН).
Источник информации и изображений: пресс-служба ИПФ РАН