Carrier Mobility up to 10 6 cm 2 V − 1 s − 1 Measured in Single-Crystal Diamond by the Time-of-Flight Electron-Beam-Induced-Current Technique - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Physical Review Applied Année : 2023

Carrier Mobility up to 10 6 cm 2 V − 1 s − 1 Measured in Single-Crystal Diamond by the Time-of-Flight Electron-Beam-Induced-Current Technique

Résumé

Diamond is a very promising material for various applications, and understanding its basic properties is key for the development of future devices. In particular, the low-field mobility of holes has never been measured below ∼80 K in ultra-pure diamond. In order to measure this mobility, we developed an innovative Time of Flight electron Beam Induced Current (ToF-eBIC) technique. A 1 ns pulsed electron beam was made to impact the diamond semiconductor, inducing charge carrier creation and motion through the 546 µm thick bulk diamond, under the influence of an applied electric field. The resulting signal was analysed using the transient time technique. Thus, the velocity of electrons and holes was assessed as a function of the temperature from 13 to 300 K and as a function of the electric field with values ranging from 1.5 to 9200 V/cm. A low-field mobility value of 1.03 ± 0.05 × 10 6 cm 2 V −1 s −1 was measured for holes at 13 K, demonstrating that diamond is a suitable material to transport charge carriers in a ballistic regime at a scale of ten micrometers.
Le diamant est un matériau très prometteur pour diverses applications, et la compréhension de ses propriétés de base est essentielle pour le développement de futurs dispositifs. En particulier, la mobilité des trous à bas champ n'a jamais été mesurée en dessous de ∼80 K dans le diamant ultra-pur. Afin de mesurer cette mobilité, nous avons développé une technique innovante de courant induit par faisceau d'électrons à temps de vol (ToF-eBIC). Un faisceau d'électrons pulsé de 1 ns a été envoyé sur le semi-conducteur en diamant, induisant la création et le déplacement de porteurs de charge à travers le diamant massif de 546 µm d'épaisseur, sous l'influence d'un champ électrique appliqué. Le signal résultant a été analysé à l'aide de la technique du temps transitoire. Ainsi, la vitesse des électrons et des trous a été évaluée en fonction de la température de 13 à 300 K et en fonction du champ électrique avec des valeurs allant de 1,5 à 9200 V/cm. Une mobilité à faible champ de 1,03 ± 0,05 × 10 6 cm 2 V -1 s -1 a été mesurée pour les trous à 13 K, démontrant que le diamant est un matériau approprié pour transporter des porteurs de charge dans un régime balistique à une échelle de dix micromètres.
Fichier principal
Vignette du fichier
NAR1049N.pdf (1.35 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
Licence : Copyright (Tous droits réservés)

Dates et versions

hal-04182164 , version 1 (17-08-2023)

Licence

Copyright (Tous droits réservés)

Identifiants

Citer

A. Portier, F. Donatini, D. Dauvergne, M.-L. Gallin-Martel, Julien Pernot. Carrier Mobility up to 10 6 cm 2 V − 1 s − 1 Measured in Single-Crystal Diamond by the Time-of-Flight Electron-Beam-Induced-Current Technique. Physical Review Applied, 2023, 20 (2), pp.024037. ⟨10.1103/PhysRevApplied.20.024037⟩. ⟨hal-04182164⟩
41 Consultations
43 Téléchargements

Altmetric

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More