Лаборатория алмазной электроники

Научные результаты:

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. Создан алмазный p-i-n диод с высокой скоростью эмиссии фотонов, около 10⁶ фотонов/с, из легированной азотом внутренней области диода в режиме электролюминесценции. Такая скорость излучения достигнута благодаря большой плотности тока 10³ А/cm², полученной в результате создания диода с сильно легированным фосфором слоем алмаза. Достигнутая скорость эмиссии фотонов позволяет рассматривать диод данной конструкции как основу для создания источников одиночных фотонов, излучаемых NV центрами в алмазе.

Внедрение результатов исследования:

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

Образование и переподготовка кадров:

• На базе лаборатории и Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) 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 (АО «НПП «Исток» им. Шокина», Институт физики микроструктур РАН, Волжский государственный университет водного транспорта, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, ФТИ им. А.Ф. Иоффе).
• Подготовлены и защищены 1 докторская и 5 кандидатских диссертаций.
• Разработаны курсы лекций для студентов Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) («История и методология нанотехнологий», «Широкозонные алмазоподобные материалы и приборы на их основе») и Нижегородского государственного университета им. 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: 

• Национальный институт стандартов и технологий (США): совместные исследования характеристик образцов дельта-легированных бором эпитаксиальных слоев CVD алмаза.
• Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) (Россия): научное сотрудничество.
• Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр Российской академии наук» (Россия): совместное выполнение работ по теме «Исследование процессов СVD роста монокристаллического алмаза, содержащего центры окраски, и интерференционных эффектов в ансамблях оптических центров в алмазе и/или керамике».