Импеданс легированных бором монокристаллов алмаза, синтезированных методом температурного градиента

Abstract

The results of the measurements at room temperature in air of real and imaginary parts of impedance (electrical conduction and capacitance) of synthetic diamond crystals (one intentionally undoped and the others containing different concentrations of boron atoms: 2·1017, 2·1018, 1·1020 cm–3) are presented. The equivalent circuit substitutions for the diamond crystals with different doping are proposed. For the frequency of measurement signal under 3 MHz, the considerable (up to two thousands times) increase in permittivity with increase of the boron concentration is observed for the fi rst time. That is caused by the contribution in the permittivity both the electrically neutral boron atoms as well as the micro-inhomogeneous distribution of atomic structure defects and the holes of v-band in the diamond samples. In the quasi-classical approximation the quantitative estimates of electrical conduction of the studied diamonds are performed. The results can be applied to the control of the quality of boron doped synthetic diamond single-crystals intended for production of resistors and electric capacitors. = Представлены результаты измерений при комнатной температуре на воздухе действительной и мнимой частей импеданса (электрической проводимости и емкости) синтетических кристаллов алмаза: специально нелегированного и содержащих различные концентрации атомов бора (2·1017, 2·1018, 1·1020 см–3). Предложены эквивалентные электрические схемы замещения для кристаллов алмаза с различной степенью легирования. Впервые обнаружено значительное увеличение (до двух тысяч раз) макроскопической диэлектрической проницаемости алмазов на частоте до 3 МГц при увеличении концентрации бора, что обусловлено вкладом в проницаемость как электрически нейтральных атомов бора, так и микронеоднородным распределением атомных дефектов структуры, а также дырок v-зоны в образцах алмаза. В квазиклассическом приближении проведены количественные оценки удельной электрической проводимости исследованных образцов. Результаты работы могут быть использованы для контроля качества легированных бором синтетических монокристаллов алмаза при изготовлении на их основе резисторов и электрических конденсаторов.