Алмаз (diamond)

Свойства. Скорость насыщения

В сильных электрических полях проводимость определяется скоростью насыщения, а не подвижностью. Скорость носителей заряда выходит на насыщение в сильных электрических полях из-за значительного вклада оптических фононов в кристаллической решетке. Чем выше скорость насыщения ( s), тем выше рабочая частота (частота

переключения) полевого транзистора.

где Eopt – энергия оптических фононов, m* – эффективная

масса носителей заряда. Чем выше энергия оптических фононов, тем выше скорость насыщения. Алмаз имеет наивысшее значение энергии оптических фононов Eopt = 160

мэВ по сравнению с другими известными полупроводниками. Значения s для алмаза составляют 0.85 –1.2×107 см•с-1 и 1.5 –

2.7×107 см•с-1 соответственно для дырок и электронов.

Алмаз (diamond)

Свойства. Скорость насыщения

Среди других широкозонных полупроводников только SiC имеет значения s, сравнимые с алмазом. Однако, алмаз

обладает значительным преимуществом т.к. его скорость насыщения достигается в полях ~ 10 кВ/см, а в случае SiC – при полях, сравнимых с напряжением электрического пробоя.

Алмаз (diamond)

Свойства. Время жизни носителей заряда

Время жизни носителей заряда является важным параметром при разработке биполярных компонентов (всегда присутствуют неосновные носители заряда). Этот параметр особенно важен для устройств, где электронно- дырочные пары сгенерированы облучением, таких как детекторы излучения.

Время жизни носителей заряда около 2 мкс было измерено для монокристаллического алмаза, полученного с помощью CVD, что сравнимо с лучшими значениями для 4H-SiC. В природном алмазе типичные значения составляют около нескольких наносекунд.

Алмаз (diamond)

Свойства. Теплопроводность

Алмаз обладает наибольшим значением теплопроводности среди всех известных материалов. Высококачественный монокристаллический алмаз, полученный с помощью CVD, имеет коэффициент теплопроводности, равный 2200 Вт•м-1•К-1 при комнатной температуре и 700 Вт•м-1•К-1 при 773 К.

Большое значение теплопроводности благоприятствует применению алмаза в силовой электронике, т.к. упрощает перенос тепла от точки разогрева без применения дополнительных каналов отвода тепла.

Алмаз (diamond)

Свойства. Легирование

Бор хорошо интегрируется в CVD процесс и выступает в качестве легирующей примеси (ионная имплантация и диффузионное легирование В не эффективны в алмазе). В создает акцепторный уровень, который слабо активирован при комнатной температуре (энергия ионизации составляет 0.37 эВ). При комнатной температуре донорные уровни N и P термически не активированы. Возможно создание ТОЛЬКО униполярных (монополярных) приборов (типа “m-i-p” металл – собственный п/п – п/п р-типа).

Графит (graphite)

Структура

Графит – минерал из класса самородных элементов, одна из аллотропных модификаций углерода. Структура слоистая. Слои кристаллической решётки могут по-разному располагаться относительно друг друга, образуя целый ряд политипов. Слои слабоволнистые, почти плоские, состоят из шестиугольных слоёв атомов углерода. Кристаллы пластинчатые, чешуйчатые.

Графит (graphite)

Структура

Различают две модификации графита: α-графит (гексагональный P63/mmc) и β-графит (ромбоэдрический R(-3)m).

Они различаются упаковкой слоёв. У α-графита половина атомов каждого слоя располагается над и под центрами шестиугольника (укладка …АВАВАВА…), а у β-графита каждый четвёртый слой повторяет первый. Ромбоэдрический графит удобно представлять в гексагональных осях, чтоб показать его слоистую структуру.

β-графит в чистом виде не наблюдается, так как является метастабильной фазой. Однако, в природных графитах содержание ромбоэдрической фазы может достигать 30 %. При температуре 2500-3300 К ромбоэдрический графит полностью переходит в гексагональный.

Графит (graphite)

Структура

Графит (graphite)

Свойства

В отличие от алмаза обладает низкой твердостью. После воздействия высоких температур становится немного твёрже, и становится очень хрупким. В кислотах не растворяется.

Теплопроводность графита от 278,4 до 2435 Вт•м-1•К-1, зависит от марки графита, от направления относительно базисных плоскостей и от температуры.

Хорошо проводит электрический ток. Электрическая проводимость монокристаллов графита анизотропна, в направлении, параллельном базисной плоскости, близка к металлической, в перпендикулярном – в сотни раз меньше.

Графен (graphene)

Структура

Графен (graphene) от греческого слова «писать» – слой атомов углерода, соединённых посредством sp2 связей в гексагональную двумерную кристаллическую решетку.

Графен представляет собой однослойную двумерную углеродную структуру, поверхность которой регулярным образом выложена правильными шестиугольниками со стороной 0,142 нм и атомами углерода в вершинах (а параметр решетки 0,246 нм). Подобная структура является составляющим элементом кристаллического графита, в котором такие графеновые плоскости расположены на расстоянии примерно 0,34 нм друг от друга.

Листы графена бесконечного размера, не содержащие дефектов, неотличимы друг от друга. Реальные образцы графена имеют конечные размеры и отличаются друг от друга размерами и структурой границ. Эти отличия заметно на его электронные и транспортные свойства.