Электронные свойства алмазов

В последние годы в результате исследования различных свойств кристаллов алмаза выявлена возможность их использования в элек­тронной промышленности для устройства транзисторов, счетчиков и других приборов. Алмазы, обладающие полупроводниковыми, счет­ными и другими электронными свойствами, имеют целый ряд преи­муществ по сравнению с широко используемыми в промышленности кристаллами германия и кремния. Возможные области применения алмазов в электронике все время расширяются и вполне вероятно, что в недалеком будущем они сыграют большую роль в развитии этой промышленности. Электронные свойства алмазов изучены с разной степенью детальности. По некоторым из них уже имеются специальные монографии, в которых подробно описываются полупроводниковые и другие свойства алма­зов, в связи с чем в этой работе приводятся самые общие сведения об электронных свойствах алмаза.

Электропроводность алмазов. Практически при комнатной тем­пературе алмазы являются диэлектриками, но они могут рассмат­риваться и как полупроводники с очень широкой запрещенной зоной ∆Е = 5,7 эв. Идеальные кристаллы алмаза, согласно теоретическим расчетам, должны иметь удельное сопротивление поряда 10⁷⁰ см · ом. Примеси значительно снижают их удельное со­противление: в подавляющем большинстве сопротивление кристал­лов алмаза равно 10¹⁴—10¹⁰ см · ом. Среди безазотных алмазов типа II иногда находятся образцы со сравнительно низким удельным со­противлением (от 25 до 10⁸ см · ом). Такие алмазы, обладающие полу проводимостью, впервые были обнаружены Кастерсом и обозначены как алмазы типа Пб. Установлено, что все ал­мазы, окрашенные в голубой и синий цвет, являются полупроводни­ками. Все полупроводниковые алмазы обладают проводимостью р-типа.

Ранее предполагалось, что акцепторной примесью, обусловли­вающей полупроводниковые свойства этих алмазов, является алю­миний; в настоящее время высказано мнение, что за это свойство, возможно, ответственна примесь бора.

Электропроводность алмазов зависит от температуры. Зависи­мость электропроводности от температуры у обычных алмазов типа I из якутских месторождений была изучена К. Н. Погодаевым (1960) и И. С. Рожковым и др. (1964). Ими установлено, что име­ются три области различной зависимости электропроводности от температуры: 1) в области от 340° до 480° четко выражена экспонен­циальная зависимость; величина энергии варьируется от 1,6 до 2,4 эв;

2) в области от 480 до 580-600° наблюдается такая же зависи­мость, но энергия колеблется от 1,8 до 2,8 эв; 3) в области от 580 до 700° С экспоненциальная зависимость не обнаруживается; характер­ный для всех кристаллов максимум появляется при 580-620° и при 680° С

Фотопроводимость. В алмазах устанавливаются фототоки при ос-тчцении ультрафиолетовыми лучами с длиной волн 2100-3000° А. При одновременном облучении алмазов инфракрасными и ультра­фиолетовыми лучами фотопроводимость увеличивается приблизи­тельно вдвое. Максимальная фотопроводимость у алмазов разных типов вызывается лучами различной длины волн: максимум фото­тока у алмазов типа I наблюдается при освещении их лучами с λ = 2550-2700 Ǻ, у алмазов типа IIа – при λ = 2250 Ǻ и второй мак­симум – при более длинных волнах.

При одинаковых условиях фототок в алмазах типа II на порядок больше фототока, возбуждаемого в алмазах типа I.