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Studio e analisi comparata di rivelatori UV basati su diamante sintetico

Informazioni tesi

  Autore: Andrea Pini
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 2000-01
  Università: Università degli Studi di Firenze
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Elettronica
  Relatore: Leonardo Masotti
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 102

Negli ultimi anni, sono stati condotti molteplici studi sull’utilizzo di film in diamante sintetico come materiale sensibile nella rivelazione di radiazioni UV. Il diamante, infatti, presentando un gap di 5,48eV, offre ottime caratteristiche di reiezione alle possibili componenti spettrali visibili e di bassa presenza di corrente di buio. Purtroppo, il pieno utilizzo di tale materiale, è attualmente limitato dalla relativa lentezza dei dispositivi e dalla limitatezza della lunghezza di raccolta delle cariche fotogenerate. Nel diamante sintetico, infatti, permane un’elevata presenza di difetti e impurità che sono dovuti sia alla sua natura policristallina e quindi di legami di bordograno, sia alla qualità intrinseca dei film, e che risultano limitanti nel suo impiego come rivelatore.
Un possibile candidato per la soluzione delle problematiche sopra esposte è il diamante omoepitassiale singolo cristallo. L’assenza in questo materiale di difetti di bordograno può tradursi in lunghezze di raccolta maggiori e quindi in migliori prestazioni dei dispositivi.
A tal fine è stato condotto uno studio comparativo delle proprietà strutturali di un campione di diamante monocristallino Ib, prodotto con tecnica HPHT, e di uno policristallino cresciuto tramite tecnica CVD. In particolare, sono state effettuate misure di fotoluminescenza, shift Raman e di assorbimento nell’infrarosso tramite tecnica FTIR. I risultati di queste misure sono stati poi analizzati per valutare la qualità dei cristalli e metterla in correlazione con le prestazioni finali dei dispositivi. Perciò, sono state misurate le risposte in fotocorrente nel range 110-220nm e valutate le efficienze quantiche e le risposte temporali dei campioni sopra menzionati.
Nella presente ricerca è stato inoltre condotto uno studio comparativo delle diverse caratteristiche derivanti dalla realizzazione dei dispositivi tramite differenti deposizioni metalliche, come Au, Cr-Au, Al-Au e Ti. A tal fine sono state realizzati quattro dispositivi, basati su diamante CVD policristallino, che sono poi stati completamente caratterizzati dal punto di vista prestazionale.

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Introduzione 1 Introduzione Le proprietà fisiche non comuni e la progressiva diminuzione dei costi di produ- zione del materiale sintetico, dovuto allo sviluppo di tecniche di crescita sempre più ef- ficienti, fanno del diamante un materiale molto promettente per la rivelazione di radia- zioni ultraviolette (UV), specialmente in ambienti avversi. Il materiale di sintesi può es- sere sia policristallino sia monocristallino, ma la realizzazione di quest’ultimo è ben più difficoltosa, dispendiosa e limitata nelle dimensioni massime raggiungibili dai cristalli. Ecco perché lo studio del suo utilizzo, al fine di realizzare fotorivelatori, è incentrato sul diamante policristallino e sul suo miglioramento. La presenza di imperfezioni reticolari nel materiale, dovute appunto alla sua natura policristallina, costituisce attualmente il maggior limite applicativo del diamante, essendo ritenuto responsabile delle non ottima- li prestazioni generali dei rivelatori per UV. Nel primo capitolo, sono descritte le proprietà principali del diamante ed intro- dotte le tecniche di crescita maggiormente utilizzate. Inoltre, in questa parte, sono ripor- tate alcune delle applicazioni del diamante sintetico in via di sviluppo, in modo da avere una panoramica generale sull’utilizzo del materiale. Nel secondo capitolo, sono riportate misure ottiche strutturali, al fine di identifi- care le caratteristiche di ciascun materiale per correlarle ai comportamenti dei dispositi- vi finali. A tal fine, risulta estremamente importante conoscere la tipologia di difetti e di impurezze che caratterizzano ogni campione. Infatti, la presenza di tali imperfezioni in- fluenza i parametri fondamentali, come il tempo di vita media delle cariche e la loro mobilità. Per questo, si riportano nel suddetto capitolo misure di fotoluminescenza, sia a temperatura ambiente sia a bassa temperatura, misure di assorbimento ottico effettuate tramite spettrofotometro, di spettroscopia Raman e di assorbimento, ottenute con l’utilizzo della tecnica FTIR. Il terzo capitolo descrive l’analisi delle caratteristiche elettriche dei dispositivi

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Parole chiave

diamante
efficienza quantica
radiazioni uv
diamante sintetico
diamante cvd
diamante hpht

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