Investigation of boron-doped delta layers in CVD diamond grown on single-sector HPHT substrates

Abstract

This work is devoted to experimental study of boron doped delta layers in CVD diamond. Delta layers with a thickness of 0.8 -2 nm were grown with a concentration of boron atoms of (1 -1.7)•10 21 cm −3 , and localized inside undoped defect-free diamond. The layers thickness and boron concentration were measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS). The surface density and the Hall mobility of holes, the layer resistance at room temperature, and temperature dependences of these parameters are presented. Performed electrical measurements showed that, despite the perfect (from the point of view of the possibility of quantum effects) profile of delta layers, no significant increase was observed in the hole mobility compared to uniform doping with the same concentration of boron atoms. An explanation is proposed for the results of electrical measurements based on calculations of the delta layer profile and the concentration of delocalized holes depending on the layer thickness. It is discussed which parameters of the boron doped delta layers are needed in order to obtain a significant increase of the hole mobility in heavily doped diamond. KEYWORDS CVD diamond, boron delta-doping, electrical measurements, hole mobility ACKNOWLEDGEMENTS The work was carried out within the frame of the Federal research center Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences project No. 0030-2021-0003. We express our sincere thanks to Dr. J. Butler for a fruitful discussion on delta doping of diamond during his collaboration with IAP RAS

Переход Между Законами Мотта И Аррениуса В Температурных Зависимостях Сопротивлений Сильно Легированных Бором Дельта-Слоев В Искусственном Алмазе

“…Тонкие (толщиной в несколько постоянных кристаллической решетки) сильно легированные слои (так называемые δ-слои) в алмазе, полученном методом химического осаждения из газовой фазы (CVD) [1][2][3][4][5][6][7][8], считаются перспективным инструментом увеличения подвижности носителей заряда. Высокие значения последней необходимы для различных электронных приложений, например для создания быстродействующих полевых транзисторов на основе CVD-алмаза [9,10].…”

“…В результате их рассеяние на этих атомах уменьшается, что ведет к возрастанию их подвижности. Однако во многих экспериментах с легированными бором δ-слоями в CVD-алмазе такого увеличения подвижности дырок не наблюдалось [8,11]. Следовательно, необходимо дальнейшее экспериментальное и теоретическое исследование проводимости таких слоев, особенно влияния на нее их толщин.…”