Magnetic properties of red diamonds produced by high-temperature electron irradiation

Barzola‐Quiquia, J.; Osmic, E.; Lühmann, Tobias; Böhlmann, Winfried; Meijer, Jan; Knolle, Wolfgang; Abel, Bernd

doi:10.1016/j.diamond.2022.108891

Cited by 3 publications

(2 citation statements)

References 32 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Beside the in situ doping, in some cases impurity implantation is used to create the doping profile in a near-surface region (for the depth of several µm). Sometimes, the irradiation by high-energy particles [53][54][55] and the implantation of various impurities are used to incorporate color centers, thereby modifying the crystal color for jewellery applications [56] or for subsequent application as ultraviolet and ionising radiation dosimeters [57].…”

Section: Theoretical Analysis 1methods Of Synthesis and Doping Of Sin...mentioning

confidence: 99%

Characterization of boron-doped single-crystal diamond by electrophysical methods (review)

V.I.

A.V.

et al. 2023

Technical Physics

View full text Add to dashboard Cite

A critical analysis of the existing methods of controlling the concentration of impurity and majority charge carriers in wide bandgap semiconductors and the issues of improvement of modern diagnostics of the main electrophysical properties of single-crystal diamond are considered based on the results of our studies and the works of other authors. It was found that independent assessment of impurity concentration and concentration of free charge carriers is of fundamental importance for semiconductor diamond due to very low (less than 1%) degree of ionization of the introduced impurity. The advantages and prospects of admittance spectroscopy as a diagnostic method for ultrawide bandgap semiconductors are shown and solutions aimed at the correct interpretation of the experimental data are proposed. The high ionization energy of boron impurity in diamond (370 meV) results in a strong frequency dispersion of the measured barrier capacitance. It is shown that under disturbance of quasi-static conditions in capacitance-voltage measurements, low frequencies and high temperatures should be used for correct assessment of the charge carrier concentration. The results of electrophysical studies are compared with traditional measurements of impurity concentration in diamond by optical methods. A decrease of hole activation energy from the boron impurity level from 325 to 100 meV was found upon increasing the boron concentration NA from 2·1016 to 4·1019 cm-3. The transition to the hopping mechanism of conductivity within the impurity (acceptor) band with thermal activation energy of 10-20 meV was registered for NA≥5·1018 cm-3 at temperatures of 120-150 K. Keywords: single-crystal diamond, boron impurity, charge carrier concentration, activation energy, admittance spectroscopy, capacitance-voltage measurements.

show abstract

Section: Theoretical Analysis 1methods Of Synthesis and Doping Of Sin...mentioning

confidence: 99%

Characterization of boron-doped single-crystal diamond by electrophysical methods (review)

V.I.

A.V.

et al. 2023

Technical Physics

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Кроме in situ легирования, в ряде случаев используется имплантация примеси, создающая профиль легирования в приповерхностной области (на глубину в несколько µm). Нередко облучение частицами высоких энергий [53][54][55] и имплантацию различных примесей используют для внедрения центров окраски, тем самым модифицируя цвет кристалла для ювелирных применений [56] или для последующего применения в качестве дозиметров ультрафиолетового и ионизирующих излучений [57].…”

Section: CMunclassified

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

Unusual temperature dependence of the photoluminescence emission of MgV centers in diamond

Osmic

Pezzagna

Lühmann

et al. 2022

Applied Physics Letters

View full text Add to dashboard Cite

Magnesium-and germanium-vacancy centers were produced in diamond by ion implantation and the post-annealing process. Photoluminescence spectroscopy (PL) measurements were performed between 20 and 50 °C. The PL results of the GeV centers are in agreement with those found in the literature, while the MgV center is newly discovered and a not yet broadly investigated color center, but the room temperature PL results are in agreement with the first report. The temperature dependence of the MgV centers above room temperature is unusual: by increasing the temperature, its PL shifts to higher energies, contrary to what is observed for the GeV centers and other known centers in the literature. The zero phonon line width of both centers broadens by increasing the temperature in both investigated centers. The origin of the blue shift observed in the MgV centers as a confinement effect is discarded, because sample is bulk and its origin should lay on the influence of the temperature on the local static structure and the overlapping of the electronic wave functions. Our results show the ability of MgV to be used in future for thermometry. The center is bright and photostable, with a narrow full width at half maximum compared to other centers in diamond and its shift with the temperature is also larger.

show abstract

Magnetic properties of red diamonds produced by high-temperature electron irradiation

Cited by 3 publications

References 32 publications

Characterization of boron-doped single-crystal diamond by electrophysical methods (review)

Characterization of boron-doped single-crystal diamond by electrophysical methods (review)

Характеризация Электрофизическими Методами Монокристаллического Алмаза, Легированного Бором (Обзор)

Unusual temperature dependence of the photoluminescence emission of MgV centers in diamond

Contact Info

Product

Resources

About