Diamond based detectors for high temperature, high radiation environments

Metcalfe, A.; Fern, George R.; Hobson, P. R.; Smith, David R.; Lefeuvre, G.; Saenger, R.

doi:10.1088/1748-0221/12/01/c01066

Cited by 21 publications

(12 citation statements)

References 13 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…This special structure results in its beauty and in its special properties [7]. The diamond crystal is an unique material, stable in vast chemical environments, and especially it has high radiation hardness [5,[8][9][10]. Crystal itself is the crucial part of the detector, compared to electrodes, which are not affected by radiation damage.…”

Section: Diamond Detectorsmentioning

confidence: 99%

Diamond Detectors for Fast Transient Scram Measurements – The Detector Development

Novák

Sklenka

Pomorski

et al. 2019

APP

View full text Add to dashboard Cite

This paper presents a development of special diamond detector for time dependent neutron flux measurements in a nuclear reactor. Neutron flux changes during SCRAM are difficult to measure by existing detector technologies. Therefore, a new detector is developed. This new type diamond based detector should allow to perform fast measurements of neutron flux during SCRAM with high pulse count rate. The diamond detector design and signal processing are described in this paper including the pulse shape discrimination method. In addition to theoretical detector study, three detector was manufactured at CEA Saclay. Experience gathered during manufacturing is described as well.

show abstract

Section: Diamond Detectorsmentioning

confidence: 99%

Diamond Detectors for Fast Transient Scram Measurements – The Detector Development

Novák

Sklenka

Pomorski

et al. 2019

APP

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Уникальные электрофизические и механические свойства алмаза позволяют рассматривать его как весьма перспективный материал для использования в силовой и оптоэлектронике, а также для работы в экстремальных условиях [1][2][3][4][5][6]. Для высоковольтной электроники полупроводниковые устройства на основе алмаза могут существенно снизить энергопотребление, повысить предельные значения пробивного напряжения, рабочую частоту и температуру [7][8][9][10][11].…”

Section: Introductionunclassified

Характеризация Электрофизическими Методами Монокристаллического Алмаза, Легированного Бором (Обзор)

Зубков¹,

Соломникова²,

Соломонов³

et al. 2023

Журнал Технической Физики

View full text Add to dashboard Cite

На базе как результатов собственных исследований, так и работ других авторов проведен критический анализ существующих методов контроля концентрации примесей и основных носителей заряда в широкозонных полупроводниках, а также рассмотрены вопросы совершенствования современной диагностики основных электрофизических свойств монокристаллического алмаза. Установлено, что для полупроводникового алмаза принципиально важным оказывается раздельное определение концентрации примеси и концентрации свободных носителей заряда, что является следствием очень малой (менее 1%) степени ионизации внедренной примеси. Показаны преимущества и перспективность спектроскопии адмиттанса как диагностического метода. При исследовании образцов алмаза, легированных бором, обнаружено уменьшение энергии активации дырок с примесного уровня бора от 325 до 100 meV при увеличении концентрации бора с 2·1016 до 4·1019 cm-3. Сделано предположение, что причиной различия в энергиях активации, получаемых измерениями на постоянном и переменном токе, являются измеряемые соответствующим прибором токи проводимости либо смещения. Для сильно легированных образцов монокристаллического алмаза с концентрацией бора NA≥5·1018 cm-3 при температурах 120-150 K зарегистрирован переход к прыжковому механизму проводимости по примесной (акцепторной) зоне с термической энергией активации 10-20 meV. На базе результатов собственных исследований и работ других авторов проведен критический анализ существующих методов контроля концентрации примеси и основных носителей заряда в широкозонных полупроводниках, а также рассмотрены вопросы совершенствования современной диагностики основных электрофизических свойств монокристаллического алмаза. Установлено, что для полупроводникового алмаза принципиально важным оказывается раздельное определение концентрации примеси и концентрации свободных носителей заряда, что является следствием очень малой (менее 1%) степени ионизации внедренной примеси. Показаны преимущества и перспективность спектроскопии адмиттанса как диагностического метода применительно к сверхширокозонным полупроводникам, предлагаются решения, направленные на корректную интерпретацию экспериментальных данных. Большая энергия ионизации примеси бора в алмазе (370 meV) приводит к сильной частотной дисперсии измеряемой барьерной емкости. Показано, что для корректных измерений концентрации носителей заряда методом ВФХ в условиях нарушения квазистатичности необходимо использование низких частот и высоких температур. Проводится сопоставление результатов электрофизических исследований с традиционными измерениями концентрации примеси в алмазе оптическими методами. При температурных измерениях адмиттанса образцов монокристаллического алмаза, легированного бором, обнаружено уменьшение энергии активации дырок с примесного уровня бора от 325 до 100 meV при увеличении концентрации бора NA с 2·1016 до 4·1019 cm-3, а также при NA≥5·1018 cm-3 при температурах 120-150 K зарегистрирован переход к прыжковому механизму проводимости по примесной (акцепторной) зоне с термической энергией активации 10-20 meV. Ключевые слова: монокристаллический алмаз, примесь бора, концентрация носителей заряда, энергия активации, адмиттансная спектроскопия, вольт-фарадные измерения.

show abstract

“…Based on these properties, diamond-based radiation detectors have found increasing use for operation in harsh environments, specifically high radiation and/or high temperature conditions, that can be encountered at nuclear fusion reactors or other 1/14 nuclear or particle physics experimental facilities [4][5][6]. Devices for power and high frequency electronics are also being actively developed [7].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Charge transport in single crystal CVD diamond studied at high temperatures

Crnjac

Rodriguez-Ramos

Skukan

et al. 2021

J. Phys. D: Appl. Phys.

View full text Add to dashboard Cite

The capability of single crystal diamonds to maintain their unique electronic properties even at high temperatures is, in particular, relevant for its applications as a radiation detector. In order to explore characteristics of charge transport at high temperatures (up to 450 • C), diamond was exposed to MeV energy ions, both, to induce radiation damage and to probe subsequent influence on detector's properties. Dependence of mobility-lifetime product with temperature has been obtained for electrons and holes.For holes, mu-tau displays a linear degradation with rising temperature, while for electrons, change with temperature is less evident. Furthermore, deep trapping levels induced in the material by radiation damage, were studied through time-resolved charge signals. Detrapping time was extracted from this data. Hole trap level, with the activation energy of 0.53 ± 0.01 eV has been detected in the regions of the diamond detector previously irradiated by 5 MeV damaging proton beam, but not in the pristine regions. This indicates that the trap was formed due to defect induction during radiation damage exposure. Activation of this deep level is important for charge transport performance in diamond detectors operating at high temperatures and high radiation conditions.

show abstract

Diamond based detectors for high temperature, high radiation environments

Cited by 21 publications

References 13 publications

Diamond Detectors for Fast Transient Scram Measurements – The Detector Development

Diamond Detectors for Fast Transient Scram Measurements – The Detector Development

Характеризация Электрофизическими Методами Монокристаллического Алмаза, Легированного Бором (Обзор)

Charge transport in single crystal CVD diamond studied at high temperatures

Contact Info

Product

Resources

About