Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Приглашенный ученый Батлер Джеймс Эхрич США
Номер договора
14.B25.31.0021
Период реализации проекта
2013-2017
Заведующий лабораторией

По данным на 15.02.2021

20
Количество специалистов
77
научных публикаций
11
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Название проекта: Полупроводниковый CVD алмаз для мощных и высокочастотных электронных приборов

Приоритет СНТР: а

Цели и задачи

Направления исследований:

  • Исследование условий роста эпитаксиальных слоев алмаза электронного качества
  • Исследование легирования и демонстрация дельта-легированного монокристаллического алмаза и разработка активных электронных приборов на основе полупроводникового CVD (Chemical Vapor Deposition, осаждение из газовой фазы) алмаза, работающих при высокой мощности и высокой частоте


Задачей проекта является достижение условий использования монокристаллического алмаза в активных электронных устройствах, работающих при высоком напряжении, высокой частоте и высокой мощности, а также при особо неблагоприятных внешних условиях, за счёт преодоления основных ограничений по использованию алмаза в качестве полупроводника. Такими ограничениями являются качество материала и легирование. Результатами исследований должны стать устройства (диоды и переключатели) с лучшими, чем обеспечивают существующие полупроводниковые технологии, показателями напряжения, мощности и частоты.

Цель проекта: Разработка технологии, позволяющей сделать алмаз пригодным для создания полупроводниковых устройств материалом со следующими свойствами или их комбинациями: высокая рабочая мощность, высокая частота, работа в условиях высоких температур и/или в агрессивных средах
Практическое значение исследования
  • Создан принципиально новый тип реактора для получения легированного бором дельта-слоя CVD алмаза. Для него создана специальная система подвода газов, обеспечивающая одновременную подачу в реактор состоящую из шести различных газов смеси, а также быстрое переключение на другой состав газовой смеси и ламинарный поток газов в реакционной камере.
  • Предложена и обоснована расчетами новая конструкция дельта- легированного проводящего канала полевого транзистора, основанная на применении нового профиля распределения концентрации бора в канале, имеющего два близко расположенных максимума (на расстоянии порядка 3 нм). Показано, что такой профиль легирования обеспечивает повышение подвижности и проводимости канала на 60% по сравнению с профилем, имеющим один максимум.
  • Разработана технология получения в процессе выращивания монокристаллического CVD алмаза сильно легированных бором слоев толщиной 1-2 нм с концентрацией бора (5-10) 1020 см-3, имеющих рекордную подвижность дырок 300 см2/Вс при высокой поверхностной концентрации носителей заряда 1013 см-2. Высокая подвижность дырок достигается за счет резкого (на 4 порядка) перепада по концентрации бора между легированным и нелегированным алмазом на переходном слое в доли нанометра, а высокая концентрация носителей заряда достигается за счет полной ионизации примеси. Разработанная технология создания в толще алмаза тонкого, проводящего электрический ток слоя, включает последовательные процессы выращивания CVD алмаза в быстро изменяющихся по составу газовых смесях, содержащих водород и метан, легирующую добавку (бор) и геттер бора (кислород или сера). Применение технологии позволяет получать алмазный материал с параметрами, подходящими для создания полевых электронных приборов на алмазе.
  • Разработана конструкция полевого транзистора на основе легированного дельта-слоя алмаза, в том числе с контактами Шоттки. Построена модель транзистора с дельта-слоем, позволяющая учитывать разный закон изменения подвижности и неполной ионизации в разных областях структуры транзистора. Рассмотрено влияние глубины залегания дельта-слоя на ВАХ и ВФХ транзистора. Установлено критическое влияние на основные характеристики транзистора качества омических контактов истока и стока.

Внедрение результатов исследования:

Созданный в ходе реализации проекта CVD реактор используется для проведения исследований по грантам Российского научного фонда.

Образование и переподготовка кадров:

  • На базе Лаборатории и Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» организованы международный научный симпозиум «Приложения мощного микроволнового излучения-2014», секция «Новые тенденции в науке о материалах» в рамках международной конференции (Нижний Новгород, 2016 г.), секционные заседания в рамках всероссийской конференции «Электроника и микроэлектроника СВЧ» (Санкт-Петербург, 2015 г.).
  • В Лаборатории прошли профессиональную переподготовку и повышение квалификации 17 молодых ученых, специалистов и преподавателей из сторонних организаций (ФГУП «Научно-производственное предприятие «Исток» имени А. И. Шокина, Институт физики микроструктур РАН, Волжский государственный университет водного транспорта, ННГУ имени Н. И. Лобачевского, ФТИ имени А. Ф. Иоффе).
  • Защиты: 1 докторская и 4 кандидатские диссертации.
  • Разработаны курсы лекций для студентов Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» («История и методология нанотехнологий», «Широкозонные алмазоподобные материалы и приборы на их основе») и Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского («Технические основы плазменных технологий», «Лабораторный практикум по физике плазмы»). Модернизирован курс «Физика газового разряда».
  • Проведены лекции в рамках Нижегородского научно-просветительского центра «Знание-НН».
Сотрудничество

National Institute of Standards and Technology (США): совместные исследования характеристик образцов дельта-легированных бором эпитаксиальных слоев CVD алмаза.

Скрыть Показать полностью
A.L. Vikharev, A.M. Gorbachev, M.A. Lobaev, A.B. Muchnikov, D.B. Radishev, V.A. Isaev, V.V. Chernov, S.A. Bogdanov, M.N. Drozdov, J.E. Butler
Novel microwave plasma assisted CVD reactor for diamond delta doping, Physica Status Solidi RRL, 2016, Volume 10, Issue 4, Pages 324-327
A.B. Muchnikov, A.L. Vikharev, J.E. Butler, V.V. Chernov, V.A. Isaev, S.A. Bogdanov, A.I. Okhapkin, P.A. Yunin, and Y.N. Drozdov
Homoepitaxial growth of CVD diamond after ICP pretreatment, Physica Status Solidi A, 2015, Volume 212, Issue 11, Pages 2572-2577
S.A. Bogdanov, A.L. Vikharev, M.N. Drozdov, D.B. Radishev
Synthesis of thick and high-quality homoepitaxial diamond with high boron doping level: Oxygen effect, Diamond and Related Materials, April 2017, Volume 74, Pages 59–64
M.A. Lobaev, A.M. Gorbachev, S.A. Bogdanov, A.L. Vikharev, D.B. Radishev, V.A. Isaev, V.V. Chernov, M.N. Drozdov
Influence of CVD diamond growth conditions on nitrogen incorporation, Diamond and Related Materials, February 2017, Volume 72 Pages 1–6
M.A. Lobaev, A.M. Gorbachev, A.L. Vikharev, V.A. Isaev, D.B. Radishev, S.A. Bogdanov, M.N. Drozdov, P.A. Yunin, and J.E. Butler
Investigation of boron incorporation in delta doped diamond layers by secondary ion mass spectrometry, Thin Solid Films, May 2018, Volume 653, Pages 215-222
M.A. Lobaev, D.B. Radishev, A.M. Gorbachev, A.L. Vikharev, M.N. Drozdov
Investigation of microwave plasma during diamond doping by phosphorus using optical emission spectroscopy, Physica Status Solidi (a), 2019, Volume 216, Issue 21, 1900234
M.A. Lobaev, A.M. Gorbachev, A.L. Vikharev, D.B. Radishev, V.A. Isaev, S.A. Bogdanov, M.N. Drozdov, P.A. Yunin and J.E. Butler
Misorientation Angle Dependence of Boron Incorporation Into CVD Diamond Delta Layers, Physica Status Solidi B, 2019, Volume 256, Issue 7, 1800606
A.L. Vikharev, M.A. Lobaev, A.M. Gorbachev, D.B. Radishev, V.A. Isaev, S.A. Bogdanov
Investigation of homoepitaxial growth by microwave plasma CVD providing high growth rate and high quality of diamond simultaneously, Materials Today Communications, 2020, March, Volume 22, 100816
M.A. Lobaev, D.B. Radishev, S.A. Bogdanov, A.L. Vikharev, A.M. Gorbachev, V.A. Isaev, S.A. Kraev, A.I. Okhapkin, E.A. Arkhipova, M.N. Drozdov, V.I. Shashkin
Diamond p–i–n Diode with Nitrogen Containing Intrinsic Region for the Study of NV Center Electroluminescence, Physica Status Solidi RRL, 2020, Volume 14, Issue 11, 2000347
Фотоальбомы
Вторник , 03.12.2019
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория передовой нанофотоники и квантовых материалов

Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

Электротехника, электронная техника, информационные технологии

Москва

Мартин-Морено Луис

Испания

2021-2023

Лаборатория спин-орбитроники

Дальневосточный федеральный университет

Электротехника, электронная техника, информационные технологии

Владивосток

Оно Теруо

Япония

2021-2023

Лаборатория стохастических мультистабильных систем

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет имени Н. И. Лобачевского

Электротехника, электронная техника, информационные технологии

Нижний Новгород

Спаньоло Бернардо

Италия

2018-2022