Registration Number
0824U002543, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
16-10-2024
popup.evolution
o
Title
Optical, structural-morphological and electrophysical properties of boron- and nitrogen-doped semiconductor single crystals of diamond
Author
Ihor Danylenko,
popup.head Andrii S. Nikolenko
popup.opponent Olena Fesenko
popup.opponent Sergiy Kondratenko
popup.review Igor Kupchak
popup.review Kostiantyn V. Shportko
popup.rada
V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics of National Academy
Description
Дисертація присвячена дослідженню морфологічних, оптичних та електрофізичних властивостей структурно досконалих монокристалів алмазу типу IIb та Ib розміром до 20 мм, вирощених в умовах високого тиску і температури (НРНТ) і плівок CVD-алмазу, перспективних для створення пристроїв сучасної алмазної високочастотної та силової електроніки. При виконанні дисертаційної роботи були використані високоефективні безконтактні та неруйнівні методи досліджень конфокальної оптичної та інфрачервоної Фур’є спектроскопії, оптичної мікрофотограмметрії, нанозондової мікроскопії та отримано нові дані про фізичні ефекти в легованих алмазах. В роботі вивчено закономірності зонально-секторального просторового розподілу дефектно-домішкового складу та легуючої домішки бору та азоту в кристалах алмазу. Досліджено структурно-морфологічні властивості та зонально-секторальні неоднорідності дефектно-домішкового складу легованих бором монокристалів НРНТ-алмазу, вирощених в системі Fe-Al-B-C. Встановлено закономірності просторового секторального розподілу нескомпенсованої домішки бору в секторах росту багатосекторних пластин НРНТ-алмазу типу IIb та виявлено найбільший однорідний вміст бору в секторах росту {111}, а найменший – в секторах {001}, що є перспективним для створення електронних пристроїв. Досліджено мікро-раманівські 2D карти інтенсивності смуги при 588 см-1 індукованого бором локального коливання із субмікронним розділенням, встановлено просторовий розподіл нескомпенсованої домішки бору у різних секторах росту та показано, що концентрація домішки бору зменшується у секторах росту у наступній послідовності {111}→{110}→{113}→{001}. Проаналізовано раманівські 2D карти зміни частоти фононної F2g-смуги алмазу, отримані в околі дислокаційних ямок травлення НРНТ-алмазу, та виявлено чіткі межі локального розподілу пружних деформацій стиску/розтягу а межах від +18 МПа до -24 МПа. Досліджено карти локального просторового розподілу питомого опору та електричного потенціалу для легованих бором (~ 1017 - 1019 см-3) монокристалів HPHT-алмазу з різною кристалографічною орієнтацією секторів росту із використанням нанозондових безконтактних методів скануючої мікроскопії опору розтікання та силової Кельвін-зондової мікроскопії. Виявлено різкі зміни електричного опору і потенціалу в локальних областях на границі між секторами росту та поблизу індукованих дислокаціями поверхневих ямок травлення, обумовлені різною концентрацією нескомпенсованої домішки бору.Виявлено ефект зменшення питомого омічного опору контактної металізації Au/Pt/Ti до легованого бором HPHT-алмазу із зростанням концентрації нескомпенсованої домішки бору до значень опору ~ 0.001 Ом·см2 при максимальній концентрації бору ~1×1019 см-3. Показано перспективність створення на основі алмазних пластин легованих бором з рівнем ~ 1018 см-3 латеральних азмазних діодів Шотткі з низькими зворотними струмами (близько 10-11 А) і значними прямими струмами (3 мА) при кімнатній температурі. Виявлено ефект гістерезису вольт-амперної характеристики діодів Шотткі зумовлений наявністю на межі металічний контакт-алмаз тонкого діелектричного шару з дефектними рівнями з великим часом життя носіїв. Досліджено температурну залежність зміни частоти і ширини раманівської фононної F2g моди алмазу та бор-індукованих смуг локальних коливань для ростових секторів {111}, {001} і {311} монокристалів НРНТ-алмазу з різним рівнем легування, деформацій та концентрації дефектів у діапазоні температур 78-600 К; встановлено, що найбільш імовірним механізмом розпаду F2g–фонону алмазу є ангармонічна взаємодія другого порядку з одним каналом Клеменса, а для локальних коливань індукованих бором ефективною є спрощена модель ангармонічної взаємодії, що враховує теплову заселеність локального бор-індукованого фонону. Усі отримані властивості легованих бором і азотом монокристалів алмазу, приведені у відповідному розділі дисертації, характеризують їх як структурно-досконалі придатні для практичного використанняВикористані в дисертаційній роботі методичні розробки і сформульовані наукові підходи вдосконалення технології вирощування структурно-досконалих монокристалів алмазу були впроваджені і використані при виконанні проекту «Розробка нових складів розчинників вуглецю для вирощування монокристалів алмазу в області термодинамічної стабільності з контрольованим вмістом домішок азоту і бору з метою створення концепційних конструкцій електронних приладів» грантової підтримки Національного фонду досліджень України. Основні результати роботи опубліковано в 9 статтях у журналах, що включені до міжнародних наукових баз Scopus, Web of Science, Crossref, Google Scholar(з них п’ять робіт у виданнях, віднесених до першого та другого квартилів Q1 i Q2), та в 12 матеріалах тез міжнародних та вітчизняних наукових конференцій.
Registration Date
2024-07-12
popup.nrat_date
2024-07-12 / 2026-07-01
