Small signal analysis of MPCVD diamond Schottky diodes

Abstract

O diamante policristalino (PCD) cultivado por deposição química de vapor (CVD) é um semicondutor intrínseco particularmente atraente para dispositivos de alta potência / alta temperatura. No entanto, os modelos físicos para injeção e transporte de portadores elétricos são notavelmente complexos e dependem da microestrutura e da composição das espécies de carbono no filme. Neste trabalho, filmes autônomos de CVD PCD foram depositados por plasma de microondas CVD (MPCVD) e foram caracterizados por espectroscopia Raman.. Contatos circulares de ouro e alumínio foram depositados na superfície de crescimento para fabricar um diodo planar. As características de corrente-tensão foram medidas em diferentes temperaturas. A aplicação de um modelo de barreira não homogêneo para ajustar as características de corrente-tensão revela a existência de duas barreiras relacionadas com as interfaces grão / eletrodo e grão / eletrodo. A análise de pequenos sinais foi realizada à temperatura ambiente para entender a natureza do processo elétrico envolvido na injeção e no transporte do portador. A existência de canais paralelos com fluxos de carga foi confirmada e os ajustes sugerem a existência de uma superfície quase equipotencial na interface diamante / eletrodo. A origem física da inclusão de um elemento de fase constante nomodelo de circuito equivalente é discutido. Os resultados obtidos são de particular importância para a fabricação de outros dispositivos.

Polycrystalline diamond (PCD) grown by chemical vapor deposition (CVD) is an intrinsic semiconductor particularly attractive for high power/high temperature devices. Nevertheless, the physical models for injection and transport of electrical carriers are remarkable complex and depend on the microstructure and composition of carbon species in the film. In this work, free-standing CVD PCD films were deposited by microwave plasma CVD (MPCVD) and were characterized by Raman spectroscopy. Gold and aluminum circular contacts were deposited on the growth surface in order to fabricate a planar diode. The current-voltage characteristics were measured at different temperatures. The application of a non-homogeneous barrier model to fit the current-voltage characteristics reveals the existence of two barriers related with the grain/electrode and grain boundary/electrode interfaces. Small signal analysis was performed at room temperature to understand the nature of electrical process involved in the injection and carrier transport. The existence of parallel channels through with charge flows was confirmed and the fittings suggest the existence of a nearly equipotential surface at the interface diamond/electrode. The physical origin of the inclusion of a constant phase element in the equivalent circuit model is discussed. The results obtained are of particular importance to further devices fabrication.