Рис. 1 (а) Изображение диода Шоттки, полученное на электронном микроскопе, (б) схема диода Шоттки
В Институте прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН сделан существенный вклад в разработку электронных приборов на основе искусственного, синтезируемого из газовой фазы (CVD), алмаза. По совокупности своих физических свойств такой алмаз значительно превосходит другие широкозонные полупроводниковые материалы и является перспективным для создания мощных и высокочастотных полупроводниковых приборов следующего поколения.
Сотрудниками института были разработаны алмазные диоды Шоттки (рис. 1а), которые могут использоваться в мощных высоковольтных преобразователях напряжения и радиационно-стойких датчиках ионизирующего излучения.
Для создания диода Шоттки в плазмохимическом реакторе собственной разработки на монокристаллической подложке выращивалась структура, состоящая из двух слоев алмаза, сильно (p++) и слабо (p-) легированных бором (рис. 1б). Впервые удалось получить сильно легированный бором слой алмаза (p++) высокого кристаллического совершенства с высокой концентрацией бора 1021 см-3 и низким удельным электрическим сопротивлением 10-3 Ом·см. Сформированные на такой структуре диоды могли работать в широком диапазоне температур (рис. 1в), при плотностях тока до 1000 А/см2. Превосходное кристаллическое качество выращенного CVD алмаза позволило достигнуть высоких пробойных полей диодов 2,5 МВ/см.
В ходе исследования было установлено, что созданный алмазный диод Шоттки имеет сверхнизкие токи утечки при включении в обратном направлении. Это открывает перспективы его использования в качестве малошумящих датчиков различных высокоэнергетических частиц, ультрафиолетового и рентгеновского излучений.
Впервые была продемонстрирована возможность измерения температуры силового диода рядом расположенным диодом-сенсором меньшего диаметра. Для измерения температуры использовался термозависимый параметр диода-сенсора – это напряжение открытия диода 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, на которой расположен силовой диод, в реальном времени. Рис. 1г демонстрирует нагрев силового диода на 60ºС, измеренный диодом-сенсором (черная кривая), при подаче на силовой диод импульса напряжения (синяя кривая).
Подобные датчики температуры, изготовленные на других полупроводниковых материалах, широко используются в силовой электронике для мониторинга и управления тепловыделением, помогая регулировать мощность полупроводниковых приборов и повышать их надежность. В алмазной электронике применение такого датчика температуры как элемента электронной схемы также является важным для надежной работы аппаратуры и устройств, созданных с применением алмазной электронной компонентной базы.
Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда, грант № 22-12-00309, https://rscf.ru/project/22-12-00309.
Рис. 1в. Вольтамперная характеристика диода при различных температурах
Рис. 1г. Зависимость температуры силового диода от времени, синим цветом показан импульс напряжения на диоде, в результате которого происходил его нагрев
Публикации:
1. 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, CVD алмазные структуры с pn переходом – диоды и транзисторы, ЖТФ, т. 95, в. 3, (2025), с. 540 – 548.
2. M.A. Lobaev, D.B. Radishev, A.L. Vikharev, A.M. Gorbachev, S.A. Bogdanov, V.A. Isaev, E.V. Demidov, S.A. Kraev, E.A. Arhipova, S.A.Korolev, A.I. Okhapkin, M.N Drozdov, Real-time temperature sensor based on integrated diamond Schottky diode, Materials Science in Semiconductor Processing, 188 (2025) 109267
Авторский коллектив: 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 (ИПФ РАН)
Источник информации и изображений: пресс-служба ИПФ РАН
