Вышедшие номера
Электрические свойства сильно легированных азотом синтетических монокристаллов алмаза, выращенных при высоком давлении и температуре
РНФ, 24-22-00385
Буга С.Г. 1,2, Куприянов И.Н. 3, Борздов Ю.М. 3, Кузнецов М.С. 1, Лупарев Н.В. 1, Носухин С.А. 1, Кульницкий Б.А. 1,2, Приходько Д.Д. 1,2, Пальянов Ю.Н. 3
1Технологическимй институт сверхтвердых и новых углеродных материалов НИЦ "Курчатовский институт", Троицк, Москва, Россия
2Московский физико-технический институт, Долгопрудный, Московская обл., Россия
3Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, Новосибирск, Россия
Email: buga@tisnum.ru, spectra@igm.nsc.ru, borzdov60@mail.ru, mikuz@yandex.ru, dedsan@yandex.ru, boris@tisnum.ru, dmitrii.prikhodko@phystech.edu, palyanov@igm.nsc.ru
Поступила в редакцию: 8 сентября 2024 г.
В окончательной редакции: 6 октября 2024 г.
Принята к печати: 29 октября 2024 г.
Выставление онлайн: 28 ноября 2024 г.

Методом температурного градиента при высоком давлении и температуре (TG-HPHT) выращены три монокристалла алмаза из ростовых сред Co-Fe-C-N и Ni-Fe-C-N с концентрацией атомов замещения азота (C-центров) в диапазоне (0.7-1.35)· 1020 см-3. Из двух из них изготовлены образцы для исследования электрических свойств методом эффекта Холла в геометрии Ван дер Пау. Исследованы зависимости удельного сопротивления и коэффициента Холла от температуры, посредством чего рассчитаны температурные зависимости концентрации свободных электронов и их холловской подвижности. Для образца с концентрацией C-центров ~ 1020 см-3 исследована температурная зависимость электропроводимости. При T>650 K наблюдаются линейные участки зависимостей ln(σ) от обратной температуры 1/T, на основании которых определены энергии активации проводимости 1.5-1.64 эВ, более высокие, чем у исследованных ранее образцов с меньшей концентрацией азота, выращенных таким же методом. В образцах c концентрацией C-центров 0.7·1020 и 1.35· 1020 см-3 зависимости ln(n) от 1/T линейны во всем исследованном температурном диапазоне, на их основании рассчитаны значения энергии ионизации доноров 1.32, 1.53 эВ и коэффициенты компенсации, равные k=25 и 45%, что значительно превышает величины для алмазов с меньшей концентрацией азота, исследованных ранее. Сделано предположение, что акцепторами являются атомы железа, комплексы атомов железа и азота в позиции замещения, комплексы атомов железа с вакансиями, как предсказано теоретически, а также аналогичные примесные центры на основе атомов никеля и кобальта. Ключевые слова: полупроводниковый алмаз n-типа, легирование азотом, электрическое сопротивление, холловская подвижность свободных электронов, энергия ионизации доноров, энергия активации проводимости.
  1. R.G. Farrer. Solid State Commun., 7, 685 (1969)
  2. F.J. Heremans, G.D. Fuchs, C.F. Wang, R. Hanson, D.D. Awschalom. Appl. Phys. Lett., 94, 15 2102 (2009)
  3. S.G. Buga, G.M. Kvashnin, M.S. Kuznetsov, N.V. Kornilov, N.V. Luparev, D.D. Prikhodko, S.A. TerentiеВ, V.D. Blank. Appl. Phys. Lett., 124, 102107 (2024)
  4. H.B. Dyer, F.A. Raal, L. Du Preez, J.H.N. Loubser. Phil. Mag., 11, 763 (1965)
  5. M. Kubovic, H. El-Hajj, J.E. Butler, E. Kohn. Diamond. Relat. Mater., 16 1033 (2007)
  6. T. Matsumoto, T. Mukose, T. Makino. Diamond. Relat. Mater., 75, 152 (2017)
  7. T. Matsumoto, T. Yamakawa, H. Kato, T. Makino, M. Ogura, X. Zhang, T. Inokuma, S. Yamasaki, N. Tokuda. Appl. Phys. Lett., 119, 242105 (2021)
  8. 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. Arhipova, M.N. Drozdov, V.I. Shashkin. Phys. Status Solidi RRL, 17, 2000347 (2020)
  9. С.Г. Буга, Н.В. Корнилов, М.С. Кузнецов, Н.В. Лупарев, Д.Д. Приходько, С.А. Тарелкин, Т.Е. Дроздова, В.Д. Бланк. Письма ЖТФ, 50 (5), 39 (2024)
  10. S. Salvatori, S. Pettinato, M. Girolami, D.M. Trucchi, M.C. Rossi. IEEE Trans. Electron Dev., 70 (5), 2330 (2023)
  11. I. Stenger, M.-A. Pinault-Thaury, T. Kociniewski, A. Lusson, E. Chikoidze, F. Jomard, Y. Dumont, J. Chevallier, J. Barjon. J. Appl. Phys., 114, 073711 (2013)
  12. E.A. Ekimov, V.A. Sidorov, E.D. Bauer, N.N. Mel'nik, N.J. Curro, J.D. Thompson, S.M. Stishov. Nature, 428, 542 (2004)
  13. Y. Takano. J. Phys.: Condens. Matter., 21, 253201 (2009)
  14. Y. Ma, J.S. Tse, T. Cui, D.D. Klug, L. Zhang, Y. Xie, Y. Niu, G. Zou. Phys. Rev. B, 72, 014306 (2005)
  15. E. Bustarret. Physica C: Superconductivity and its Applications (Elsevier, 2015) v. 514
  16. F.J.R. Costa, J.S. de Almeida. J. Appl. Phys., 129, 043903 (2021)
  17. J. Barzola-Quiquia, M. Stiller, P.D. Esquinazi, A. Molle, R. Wunderlich, S. Pezzagna, J. Meijer, W. Kossack, S. Buga. Sci. Rep., 9, 8743 (2019)
  18. A. Setzer, P.D. Esquinazi, O. Daikos, T. Scherzer, A. Poppl, R. Staacke, T. Luhmann, S. Pezzagna, W. Knolle, S. Buga, B. Abel, J. Meijer. Phys. Status Solidi B, 258, 2100395 (2021)
  19. S.G. Buga, V.A. Kulbachinskiy, G.M. Kvashnin, M.S. Kuznetsov, S.A. Nosukhin, E.A. Konstantinov, V.V. Belov, D.D. Prikhodko. Diamond. Relat. Mater., 142, 110759 (2024)
  20. Y.N. Palyanov, I.N. Kupriyanov, A. F. Khokhryakov, V.G. Ralchenko. Chap. 17, Crystal growth of diamond, in Handbook of Crystal Growth, ed. by P. Rudolph (Elsevier Science Ltd, 2015). ISBN 978-0-444-63303-3
  21. B. Gelmont, M.S. Shur. J. Appl. Phys., 78, 2846 (1995)
  22. Power Electronics Device Applications of Diamond Semiconductors. Woodhead Publishing Series in Electronic and Optical Materials, ed. by S. Koizumi et al. (Woodhead Publishing, 2018) p. 178
  23. N. Donato, N. Rouger, J. Pernot, G. Long. J. Phys. D: Appl. Phys., 53, 093001 (2020)
  24. M.D. Alshahrani, J.P. Goss, P.R. Briddon, M.J. Rayson, C.V. Peaker. Diamond. Relat. Mater., 148, 111332 (2024)
  25. Y. Borzdov, Y. Pal'yanov, I. Kupriyanov, V. Gusev, A. Khokhryakov, A. Sokol, A. Efremov. Diamond. Relat. Mater., 11, 1863 (2002)
  26. Y.N. Palyanov, Y.M. Borzdov, A.F. Khokhryakov, I.N. Kupriyanov, A.G. Sokol. Cryst. Growth Des., 10, 3169 (2010)
  27. С.Г. Буга, Г.М. Квашнин, М.С. Кузнецов, Н.В. Корнилов, Н.В. Лупарев, М. Яо. ФТП, 57 (5), 370 (2023)
  28. M.N.R. Ashfold, J.P. Goss, B.L. Green, P.W. May, M.E. Newton, C.V. Peaker. Chem. Rev., 120, 5745 (2020)
  29. U.F.S. D'Haenens-Johansson. J.E. Butler, A.N. Katrusha. Rev. Mineral. Geochem., 88, 689 (2022)
  30. A.M. Zaitsev. Optical properties of diamond: a data handbook (Springer, Berlin-N. Y., 2001)
  31. M. Katagiri, J. Isoya, S. Koizumi, H. Kanda. Appl. Phys. Lett., 85, 6365 (2004).http://dx.doi.org/10.1063/1.1840119
  32. H. Kato, M. Ogura, T. Makino, D. Takeuchi, S. Yamasaki. Appl. Phys. Lett., 109, 2102 (2016)
  33. I. Stenger, M.-A. Pinault-Thaury, N. Temahuki, R. Gillet, S. Temgoua, H. Bensalah, E. Chikoidze, Y. Dumont, J. Barjon. J. Appl. Phys., 129, 105701 (2021)
  34. J.S. Blakemore, in Semiconductor Statistics, ed. by H.K. Henisch (Pergamon Press, 1962)
  35. N. Naka, K. Fukai, Y. Handa, I. Akimoto. Phys. Rev. B, 88, 035205 (2013)
  36. R. Jones, P. Goss, P. R. Briddon. Phys. Rev. B, 80, 033205 (2009)
  37. A. Platonenko, W.C. Mackrodt, R. Dovesi. Materials, 16, 1979 (2023)
  38. R. Ulbricht, S.T. van der Post, J.P. Goss, P.R. Briddon, R. Jones, R.U.A. Khan, M. Bonn. Phys. Rev. B, 84, 165202 (2011)
  39. A.T. Collins, Diamond. Relat. Mater., 9, 417 (2000)
  40. A. Elisseyev, H. Kanda. New Diamond. Front. Carbon Technol., 17 (3), 127 (2007).

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.