Статья из ресурсов Интернет

 

ФУЛЛЕРЕНЫ И АЛМАЗЫ

Еще не время увидеть схемы в алмазах

Дороговизна и редкость больших природных алмазных кристаллов и, как правило, их непригодность для использования в электронике, заставили специалистов заняться  технологией алмазных пленок. Так, природные алмазы,  обычно содержащие до 0,3% азота, обладают значительно меньшей теплопроводностью и меньшей прозрачностью в ИК диапазоне чем  алмазные пленки, полученные с помощью парофазного осаждения (CVD-алмаз).

В 1993 г. компания De Beers (Ascot, Berkshire), выращивающая CVD-алмаз, объявила  о производстве своего нового изделия, названного Diafilm,  почти  идеальные алмазные слои со всеми свойствами чистейших природных алмазов. Сегодня существует, по крайней мере, 6 промышленных компаний, которые производят алмазные пластины толщиной 1мм и больше и диаметром до 10см. Из одной пластины можно вырезать несколько тысяч теплоотводов для полупроводниковых схем. Схема изготовления пластин проста: сначала выращивается пленка толщиной порядка мм, а затем подложка  скалывается или стравливается.

Управляя процессом роста, изготовители могут в угоду заказчикам изменять прозрачность,   теплопроводность,  размер  зерен  и  другие   свойства алмазных  пластин. Так, замедление скорости роста приводит к  созданию пленок более прозрачных и с меньшим содержанием неалмазного углерода. Возможность изготовления больших алмазных пластин и умение управлять свойствами материала  расширили  применение алмаза в электронной промышленности.

Алмазные  теплоотводы позволяют более плотно упаковывать кристаллы.  В 1992г. R. Eden (Norton Diamond Film) показал, что, используя алмазные платы,  можно построить компьютер с производительностью  Cray  3,  при этом  его  габариты  впишутся  в куб со  стороной  10см.  40  алмазных подложек, несущих 1440 мощных кристаллов, расположенных друг от  друга на  расстоянии 2,5мм, справляются с теплоотводом почти в той же  мере, что и теплоотвод с водяным охлаждением. Высокая радиационная стойкость повышает акции алмаза, как материала для детекторов,   работающих  в  спецусловиях.  Алмазный  детектор   может безотказно  работать,  например,  в  жестких  условиях  Large   Hadron Collider  не менее 10 лет.

Физики из Kings College (London), Imperial College (London) и CERN провели испытание  детекторов частиц, сделанных на основе пластины  CVD-алмаза толщиной  0,2мм с электродами из золотых полосок на рабочей стороне  и электродом  из  золотой пленки на нерабочей стороне  пластины.  Каждая золотая   полоска  (электрод)  подсоединена  к  отдельному  усилителю. Испытания  показали,  что  в распоряжении у  детектора  имелось  всего несколько   наносекунд,  чтобы  зарегистрировать  момент   поступления частицы, и с этой задачей он справился. Алмаз может быть так же полезен для детектирования УФ излучения, т.к. он полностью  игнорирует  видимую  часть  солнечного  спектра,  "открывая глаза"  только в УФ диапазоне, соответственно не требуя сложной защиты от дневного света. Идея была проверена в 1992г. специалистами из Naval

Research  Lab  (Washington, CША). На основе чистого природного  алмаза они   сделали  фотодетектор,  который  преобразовывал  треть   энергии падающего  ультрафиолета в электрический сигнал.  Маленькая  хитрость: заменить     природный    алмаз    CVD-алмазом    не    удалась;     у поликристаллического алмаза коэффициент преобразования не превысил 1%.

Неудачу списали на замедление и захватывание электронов на межзеренных границах,  где  присутствует неалмазный углерод. Решить  эту  проблему удалось с помощью гомоэпитаксии специалистам из ф. Crystalline  (Menlo Park,  Calif).  Они  вырастили СVD-алмаз на  монокристалле  природного алмаза.  УФ  детекторы  на  основе  этого  материала  не  уступали  по характеристикам детекторам на самых качественных природных алмазах.

Может быть еще более перспективны алмазные холодные катоды, как базис для создания  плоских  дисплеев. Пока эмиссионные  токи  алмазных  катодов невелики,  но  небольшая фирма SI Diamond Technology (Houston,  Texas) убеждена, что в течение нескольких ближайших лет создаст рынок плоских дисплеев. На фирме уже изготовлены дисплеи, в которых алмазная матрица с  холодными  катодами заставляет светиться экран на основе  фосфоров, находясь  от  него на расстоянии долей миллиметра.  В  отличие  от  ЖК дисплеев  этот  экран  имеет  более яркие  цвета,  малую  потребляемую мощность и намного большую аппертуру.

И  все-таки  пессимист  скажет, что не  стал  алмаз  золотой  жилой  в электронике.  Ведь  даже  на  изготовление  "кубического"   компьютера потребуется 1,4кг (7000 каратов) алмаза, на что сегодня надо  выложить около  3,5  млн долл. Не стал, это не значит, что не станет. Стоимость производства искусственного алмаза может сильно снизиться в течение 5- 10 лет и по оценкам американских экспертов дойдет до 1-100 долл/карат.

За прошедшие 10 лет  специалисты  научились выращивать высококачественный CVD-алмаз, в течение следующих 10 лет мы можем стать свидетелями широкого практического использования этого уникального материала. New Scientist, 1995, 148 (2001)

Водородный датчик на поликристаллическом алмазе

Ограничение верхней планки рабочей температуры кремниевых датчиков величиной 125 ⁰C препятствуе  их широкому  применению, например,  для  детектирования токсичных   газов   в  процессе  сгорания.  Фактически,   единственным

кандидатом  на  работу в этих сверхжестких условиях остается  алмазный датчик, и последние успехи в разработке CVD процесса, стимулированного плазмой,  для  получения  алмазных  пленок  вносят  некий  оптимизм  в проблему.

Специалисты  из  Vanderbilt Univ. (Nashville, USA) разработали  первую экспериментальную  МДП  структуру Pd/i-алмаз/р-алмаз  на  вольфрамовой подложке  для  детектирования водорода. ВАХ  датчика,  отражающие  его чувствительность к водороду, были исследованы в диапазоне 27-300 ⁰С.

В процессе  испытания было установлено,  что  высота  барьера   Шотки (Pd/алмаз) увеличивается при адсорбции водорода. ВАХ реагируют на этот эффект  изменением  от почти омического характера  к  выпрямительному. Время отклика на действие водорода и время восстановления измеряются в секундах.  Исследователи убедились, что реакция алмазного  датчика  на водород быстра, чувствительна, и воспроизводима.