Разработать физико-технологические основы создания интегрированных в алмазный теплоотвод быстродействующих датчиков температуры : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель М. С. Русецкий

Abstract

Объектом исследования является синтетический алмаз производства РУП «Адамас». Цель работы – создание в кристаллах синтетического алмаза электропроводящих слоев с большим температурным коэффициентом сопротивления для создания высокочувствительных датчиков температуры. Основными методами исследования являлись измерение вольтамперных характеристик, температурных зависимостей проводимости, фотолюминесценция, растровая электронная микроскопия, ИК-Фурье спектроскопия поглощения, импедансная спектроскопия. В ходе проведения НИР были выполнены исследования особенностей формирования электропроводящих слоев в кристаллах синтетического алмаза производства РУП «Адамас» с целью создания терморезисторов, встроенных в алмазный теплоотвод. Исследования температурных зависимостей проводимости слоев алмаза, имплантированных ионами бора показали возможность получения проводимости с энергией активации до 0.35 эВ на ограниченных участках кристаллов. С использование методики спектроскопии поглощения в инфракрасной области было установлено, что концентрация азота в таких областях не превышает 1017 см-2 и расположены они преимущественно в центральной области кристалла или при его вершинах. Для изготовления терморезисторов с использованием этого метода требуется тщательное исследование распределения азота по алмазной пластине и проведение постимплантационного отжига при температурах не ниже 1500 ºС. В ходе работ было установлено, что ионное легирование пластин синтетического алмаза фосфором не позволяет получить примесную проводимость даже с использованием термобарического отжига при температуре1900 ºС. Тем не менее, в ходе проводимых экспериментов было установлено, что достаточно высокая проводимость при значительной энергии активации может быть получена при использовании радиационных дефектов ионной имплантации. Установлено, что доза аморфизации кристалов синтетического алмаза при имплантации ионов фосфора с энергией 180 кэВ лежит в диапазоне 3•1014..1015 см-2. При дозах меньше дозы аморфизации величина проводимости слишком мала для практического использования. В случае больших доз имплантации наблюдается высокая проводимость, но полученные таким образом слои являются нестабильными при повышенных температурах. Проведение термического отжига приводит к их стабилизации при уменьшении энергии активации проводимости ниже 0.1 эВ. Проведенные работы позволили оптимизировать режимы имплантации и отжига для изготовления терморезисторов с использованием проводимости с участием радиационных дефектов имплантации. На основании полученных результатов изготовлены экспериментальные образцы терморезисторов, встроенных в алмазный теплоотвод. Характеристики экспериментальных образцов удовлетворяют требованию технического задания.