Technika wyżarzania parą wodną na powierzchniach diamentowych urządzeń zasilających nowej generacji

Anonim

Diamenty są często eksponowane w wykwintnej biżuterii. Ale ta stała forma węgla jest również znana ze swoich wyjątkowych właściwości fizycznych i elektronicznych. W Japonii, współpraca między naukowcami z Graduate School of Natural Science and Technology Kanazawa University i AIST w Tsukubie, pod przewodnictwem Ryo Yoshidy, wykorzystała wyżarzanie parą wodną do utworzenia powierzchni diamentowych zakończonych hydroksylem, które są atomowo płaskie.

Diament ma wiele cech, które czynią go atrakcyjnym do zastosowania w urządzeniach elektronicznych. Jednak diament zawiera defekty obserwowalne na poziomie atomowym, które tworzą unikalne właściwości powierzchni, wpływające na to, jak można je zastosować w takich urządzeniach.

Zakończenie powierzchni za pomocą tlenu lub wodoru stabilizuje strukturę diamentu. Zakończone wodorem (zakończone H) powierzchnie diamentowe zawierają dwuwymiarowe warstwy gazu dziury (2DHG), które umożliwiają pracę w wysokiej temperaturze i wysokim napięciu. Zakończone tlenem powierzchnie diamentowe powstają w wyniku utleniania powierzchni zakończonych H, które usuwa wiązania węgiel-wodór (CH) i 2DHG, "ale to zwiększa szorstkość powierzchni diamentu i prowadzi do degradacji wydajności urządzeń" - mówi Norio Tokuda z Uniwersytet Kanazawa.

Aby temu zaradzić, badacze zastosowali wyżarzanie parą wodną. Rozpoczęli od zorientowanych pod wysokim ciśnieniem syntetycznych, jednokrystalicznych diamentowych substratów Ib i IIa (1 1 1). Homoepitaksjalne powłoki diamentowe hodowano na podłożach Ib za pomocą chemicznego osadzania z fazy gazowej w osoczu mikrofalowym (MPCVD). Aby uzyskać płaskie powierzchnie zakończone atomem H, próbki diamentu eksponowano na plazmę H w komorze MPCVD. Aby utworzyć powierzchnie zakończone grupami hydroksylowymi, próbki z diamentem zakończonym H zostały poddane wyżarzaniu parą wodną. Proces wyżarzania odbywał się w atmosferze azotu przepuszczanej przez ultraczystą wodę w kwarcowej rurze w piecu elektrycznym.

Wyniki wykazały, że wiązania CH pozostały na powierzchni rombowej podczas wyżarzania parą wodną poniżej 400 ° C; w związku z tym wykryto 2DHG. "Jednak wyżarzanie parą wody powyżej 500 ° C usunęło wiązania CH z powierzchni diamentu" - wyjaśnia Yoshida, "wskazując na zniknięcie 2DHG."

Tak więc, wyniki wskazują, że wyżarzanie parą wodną może usunąć 2DHG przy zachowaniu morfologii powierzchni (1 1 1) zorientowanych powierzchni diamentu. "W porównaniu z konwencjonalnymi technikami usuwania 2DHG, takimi jak mokre chemiczne utlenianie", mówi Tokuda, "wyżarzanie parą wodną ma tę zaletę, że utrzymuje płaską powierzchnię atomową".

menu
menu