Microscopía tridimensional de hidrógeno en el diamante

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Física del estado sólido Física del estado sólido
• Ciencias de la superficie Ciencias de la superficie.

Sus antecedentes:

• Las propiedades del diamante policristalino (PCD) están influenciadas por las impurezas, particularmente el hidrógeno.
• Comprender la distribución del hidrógeno es clave para optimizar el PCD para aplicaciones electrónicas.
• Los métodos anteriores carecían de la resolución y la sensibilidad para mapear el hidrógeno en los límites de los granos.

Objetivo del estudio:

• Para obtener imágenes cuantitativas de las distribuciones tridimensionales de hidrógeno en películas de PCD no dopadas.
• Para determinar la ubicación precisa y la concentración de hidrógeno dentro del PCD.
• Para aclarar el papel del hidrógeno en los límites de grano en la PCD.

Principales métodos:

• Utilizó una microsonda de protones de 17 MeV para imágenes de hidrógeno 3D de alta resolución y alta sensibilidad.
• Las películas de diamantes policristalinas no dopadas analizadas <110> con textura.
• Se logra una resolución lateral mejor que 1 micrómetro.

Principales resultados:

• La mayor parte del hidrógeno se localizó en los límites de grano en la película de PCD.
• La concentración media de hidrógeno en los límites de los granos fue de (8.1 ± 1.5) x 10^14 átomos/cm2, aproximadamente un tercio de una monocapa.
• El contenido de hidrógeno dentro de los granos de diamante estaba por debajo del límite de detección de 1,4 x 10 ^ 16 átomos / cm3 (0,08 ppm).

Conclusiones:

• El diamante cultivado por deposición de vapor químico (CVD) tiene un bajo contenido de hidrógeno a granel.
• El hidrógeno se segrega predominantemente a los límites de los granos en PCD.
• La concentración de hidrógeno en el límite de grano es significativa y probablemente impacte en las propiedades electrónicas del PCD.