Результаты

1. Осаждение монокристаллического алмаза с высокой скоростью в CVD реакторе с сильно сфокусированными волновыми пучками миллиметрового диапазона длин волн

С помощью двух пересекающихся сфокусированных пучков электромагнитного излучения миллиметрового диапазона длин волн в реакторе для синтеза алмаза из газовой фазы получен непрерывный микроволновый разряд в смеси водород-метан с высокой плотностью поглощаемой в плазме мощности, порядка 1000–1500 Вт/см³. Продемонстрировано, что в таком разряде в смеси без содержания азота (менее 1 ppm) удается достигнуть рекордных скоростей гомоэпитаксиального роста монокристаллического алмаза до 120 мкм/час. При этом ширина пика, соответствующего алмазу, в спектре Рамановского рассеяния составляет 1.65 см^-1, что соответствует алмазу высокого качества.

СВЧ реактор для синтеза алмаза из газовой фазы

Фотография эпитаксиального слоя алмаза, выращенного со скоростью 120 мкм/час

Ссылки:
A.L. Vikharev, A.M. Gorbachev, and D.B. Radishev. Physics and application of gas discharge in millimeter wave beams // J. Phys. D: Appl. Phys. 52 (2019) 014001 (13pp). DOI: 10.1088/1361-6463/aae3a3

A.M. Gorbachev, A.L. Vikharev, M.A. Lobaev, D.B. Radischev, S.A. Bogdanov, V.V. Chernov, and А.В. Козлов. Microwave discharges in gases at conditions of the high power densities // Xth International Workshop on Microwave Discharges: Fundamentals and Applications (Zvenigorod, Russia, September 3–7, 2018).

2. Легированный бором 2 нм дельта-слой внутри монокристаллического CVD алмаза

Разработана технология получения в процессе выращивания монокристаллического CVD алмаза сильно легированных бором слоев толщиной 1–2 нм с концентрацией бора (5–10) 10²⁰ см^-3. Слои показали подвижность дырок 100–200 см²/В с при высокой поверхностной концентрации носителей заряда 10¹³ см^-2 в слое. Применение технологии позволяет получать алмазный материал с параметрами, подходящими для создания приборов алмазной электроники.

Распределение концентрации бора внутри CVD-алмаза

3. Монокристаллические CVD алмазы толщиной до 0.5 мм, выращенные на подложках из HPHT и природного алмаза размером от 3.5х3.5 мм до 5х5 мм

Разработка технологии эпитаксиального роста монокристаллических CVD алмазов на подложках из синтетического HPHT и натурального алмаза с качеством, превышающим качество подложки.

Монокристаллический CVD алмазный слой толщиной 200 мкм на HPHT алмазной подложке толщиной 500 мкм

Спектр Рамановского рассеяния монокристаллического CVD алмаза, ширина алмазного пика (FWHM) – 1.8 см^-1

Ссылки:
Алтухов А.А., Вихарев А.Л., Горбачев А.М., Духновский М.П., Земляков В.Е., Зяблюк К.Н., Митенкин А.В., Мучников А.Б., Радищев Д.Б., Ратникова А.К., Федоров Ю.Ю. «Исследование свойств монокристаллического алмаза, выращенного из газовой фазы на подложках из природного алмаза» // Физика и техника полупроводников, 2011, № 3, с. 403.

Muchnikov A.B., Vikharev A.L., Gorbachev A.M., and Radishev D.B. Comparative study of homoepitaxial single crystal diamond growth at continuous and pulsed mode of MPACVD reactor operation // Diamond and Related Materials, 2011, v. 20, p. 1225–1228.

Ratnikova A.K., Dukhnovsky M.P., Fedorov Yu.Yu., Zemlyakov V.E., Muchnikov A.B., Vikharev A.L., Gorbachev A.M., Radishev D.B., Altukhov A.A., and Mitenkin A.V. Homoepitaxial single crystal diamond grown on natural diamond seeds (type IIa) with boron-implanted layer demonstrating the highest mobility of 1150 cm2/Vs at 300K for ion-implanted diamond // Diamond and Related Materials, 2011, v. 20, p. 1243–1245.

А.Л. Вихарев, А.М. Горбачев, А.Б. Мучников, Д.Б. Радищев «Исследование газофазного синтеза поли- и монокристаллических алмазных пленок в плазме СВЧ разряда» // Известия вузов: Радиофизика, 50 (2007) 1009.

A.B. Muchnikov, A.L. Vikharev, A.M. Gorbachev, D.B. Radishev, V.D. Blank, and S.A. Terentiev. Homoepitaxial single crystal diamond growth at different gas pressures and MPACVD reactor configurations // Diamond and Related Materials, 19 (2010) 432.

4. Комбинированная подложка из монокристаллического и поликристаллического CVD алмаза

Разработка технологии выращивания из газовой фазы комбинированных подложек из поли- и монокристаллического CVD алмаза для нужд алмазной электроники.

СВЧ разряд в реакторе над комбинированной пластиной моно- и поликристаллического CVD алмаза в процессе сращивания, частота излучения 2.45 ГГц

Комбинированная подложка из монокристаллического и поликристаллического CVD алмаза после процесса сращивания, диаметр 76 мм^-1

Ссылки:
Вихарев А.Л., Горбачев А.М., Духновский М.П., Мучников А.Б., Ратникова А.К., Федоров Ю.Ю. «Комбинированные подложки из поли- и монокристаллического CVD алмаза для алмазной электроники» // Физика и техника полупроводников, 2012, т. 46, № 2, с. 274–277.

A.B. Muchnikov, A.L. Vikharev, D.B. Radishev, V.A. Isaev, O.A. Ivanov, and A.M. Gorbachev. A wafer of combined single-crystalline and polycrystalline CVD diamond // Materials Letters, 2015, 139, pp. 1–3. DOI: 10.1016/j.matlet.2014.10.022

5. Поликристаллические алмазные пластины толщиной 0.2–1.5 мм и диаметром 50–75 мм

Изготовление поликристаллических алмазных пластин толщиной 0.2–1.5 мм и диаметром 50–75 мм высокого качества (ширина алмазного пика (FWHM) в спектре Рамановского рассеяния – 2.5–3.5 см^-1, коэффициент теплопроводности вдоль пластины – 15–19 Вт/К•см).

Образцы поликристаллических CVD алмазных дисков диаметром 75 мм и 50 мм"

Пластины поликристаллического CVD алмаза, шлифованная (d=50 мм, h=1.5 мм) и нешлифованная (d=75 мм, h=0.5 мм)^-1

6. Окно гиротрона из поликристаллического алмазного диска с системой охлаждения

Изготовление выходных окон мощных СВЧ приборов (гиротронов) на основе поликристаллических алмазных пластин.

Зависимость тангенса угла потерь в алмазной пластине от частоты СВЧ излучения

7. Двухканальные активные компрессоры СВЧ импульсов на частоте 11.4 ГГц

Разработка двухканального активного компрессора СВЧ импульсов с коммутаторами, переключаемыми электронным пучком, эмитируемым катодом с алмазным покрытием, на частоте излучения 11,4 ГГц с мощностью выходного импульса 165–190 МВт, коэффициентом усиления по мощности 18–25, длительностью сжатого импульса 20 нс.

Схема экспериментальной установки для испытаний двухканального компрессора СВЧ импульсов с коммутаторами, использующими переключение электронным пучком

(а) схема одного канала компрессора: 1 - входной волновод на моде ТЕ01; 2 - входной конус; 3 - накопительный резонатор; 4 - коническое сужение; 5 - волноводная секция; 6 - диафрагма; 7 - резонатор переключателя на моде ТЕ012; 8 - катод; 9 - анодная пластина. (б) расчётное мгновенное распределение электронов внутри резонатора переключателя при токе пучка 200 А и напряжении на катоде 100 кВ

Схема коммутатора, переключаемого электронным пучком: 1 – конус, 2 – цилиндрический волновод, 3 – откачной порт, 4 – внешний настроечный механизм, 5 – изолятор"

Ссылки:
O.A. Ivanov, V.A. Isaev, M.A. Lobaev, A.L. Vikharev, and J.L. Hirshfield. A resonance switch employing an explosive-emission cathode for high-power RF pulse compressors // Appl. Phys. Letters, V. 97, pp. 031501–031503, (2010).

O.A. Ivanov, V.A. Isaev, M.A. Lobaev, L. А.L. Vikharev, and J. L. Hirshfield. High power microwave switch employing electron beam triggering with application to active RF pulse compressors // Phys. Rev. ST Accel&Beams, 14, 061301, (2011).

A.L. Vikharev, O.A. Ivanov, A.M. Gorbachev, M.A. Lobaev, V.A. Isaev, S.G. Tantawi, J.R. Lewandowski, and J.L. Hirshfield. X-band active SLED-II RF pulse compressor with plasma switches // Phys. Rev. ST Accel.&Beams, 14, 2011.

O.A. Ivanov, M.A. Lobaev, А.L. Vikharev, A.M. Gorbachev , V.A. Isaev, J.L. Hirshfield , S.H. Gold, and A.K. Kinkead. Active Microwave Pulse Compressor Using an Electron-Beam Triggered Switch // Phys. Rev. Letters, 110, 115002, (2013).

8. Исследования возникновения и подавления мультипакторного разряда на поверхности диэлектриков
Исследование возникновения и подавления мультипакторного разряда в объёмном СВЧ резонаторе

Мгновенное распределение СВЧ поля в резонаторе

Распределение силовых линий электростатического поля внутри СВЧ резонатора для кварцевого диска толщиной 6 мм

Зависимость порогового СВЧ поля возникновения мультипакторного разряда от амплитуды статического поля для кварца

Ссылки:
Иванов О.А., Лобаев М.А., Исаев В.А., Вихарев А.Л. «Экспериментальное исследование мультипакторного разряда на поверхности диэлектриков в высокодобротном СВЧ резонаторе» // Физика плазмы, 36 (2010) № 4, 365.

Лобаев М.А., Иванов О.А., Исаев В.А., Вихарев А.Л. «Исследование влияния неоднородности СВЧ поля на порог мультипакторного разряда на диэлектрике» // Письма в ЖТФ, 35 (2009) № 23, 9.

Ivanov O.A., Lobaev M.A., Isaev V.A., and Vikharev А.L. Suppressing and Initiation of Multipactor Discharge on a Dielectric by an External DC Bias // Phys. Rev. ST AB, 13 (2010) 022004.

Основные направления исследований Установки Публикации Результаты