Attività sul Diamante a Roma Tre
G. Conte
Dipartimento di Fisica
Via della Vasca Navale, 84 – 00148 Roma
[CNR-IFN, INFN, CNISM]
V. G. Ralchenko, RAS (Mosca)
E. Giovine, CNR-IFN (Roma)
D.M. Trucchi, CNR-IMIP (Roma)
CAEN – Viareggio, 24 Giugno 2011
S2DEL – Solid State and Diamond Electronics Lab.
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ROMA
TRE
Università degli Studi
Contenuto
 Attività scientifiche in corso
 Dispositivi maturi per sviluppo
 Rivelatori UV e PSD
 MEDFETs, OpFETs
 Dosimetri per IMRT
 Facilities disponibili
Dosimetri
S2DEL – Solid State and Diamond Electronics Lab.
MESFETs
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ROMA
TRE
Università degli Studi
Attività scientifiche in corso
Transistori per alta frequenza e alta potenza (MEDFET)
Switch ottici di potenza (OpFET)
Dispositivi per spettroscopia di raggi X
Imaging di sorgenti UV e X
Dosimetri per radioterapia e riferimenti secondari
RAS SC-DG
Caratterizzazione comparata CCD substrati epitassiali (Diapix)
Matrici con I stadio pre-amplificazione on-chip (Diapix)
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ROMA
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Qualità dei diamanti disponibili
0
10
NU_Type IIa
RAS Poly-R10 0.5 mm
E6_SC-DG 0.5 mm
DDL_SC-DG 0.5 mm
RAS_SC-A010
-1
10
-2
10
Meccanismi di trasporto della carica.
Distribuzione difetti elettricamente attivi.
Surface
Recombination
-3
10
10
-5
10
-7
10
-9
-4
10
-5
10
Current (A)
Responsivity (a.u.)
JDoS: Distribuzione in energia dei
difetti; Posizione del livello di Fermi.
Urbach Tail
-6
10
Eg
1
2
3
4
5
6
Photon Energy (eV)
SCLC
TFL
Dia3
Dia6
Traps
Distribution
10
-7
10
Element Six
SC Diamond
3x3x0.5 mm
-11
7
Ohmic
10
5
V
1/2
Schottky V
-13
1
10
100
1000
Voltage (V)
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ROMA
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1D UV PSD
1
Vu (V)
Vu (V)

100m
0,5
y = 0,16186 + 0,15868x R= 0,99934
0
0
1
2
3
4
5
6
pos (mm)
pos (mm)
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ROMA
TRE
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Rivelatori UV a larga banda
Responsivity (A/W)
200
PC
PE
PC + PE
150
Metal grid
100
A
A
50
Ag/Au contacts
0
190
200
210 220 230
Wavelength (nm)
240
250
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ROMA
TRE
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Imaging di sorgenti UV.
Vbias
100000
holes +
-
10000
electrons
1000
100

CVD-Diamond
10



4-5
-
-
-
-
3-4
Data
acquisition
S2DEL – Solid State and Diamond Electronics Lab.
2-3
1-2
0-1
1
7
12
3
4
4
5 6
1
7
8
Imaging of a discharge UV source.
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ROMA
TRE
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Spettroscopia di raggi X
8
5
Pedestal
Noise
8.14 keV
(Ta-L)
200V
#RA270
d=270 m
Cool-X
Time=90''
3
8.05 keV
(Cu-K)
Ra270
Cool-X 30'
4
Counts x 1000
Heating phase
6
Counts x 10
4
2
4
500V
2
1
Cooling phase
0
500
1000
1500
Channel
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0
200
400
600
800
1000
1200
Channel
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ROMA
TRE
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MEDFET T41-200x3.6 m (2005)
3.6 µm
Cr
-5
10
-7
10
-9
Igs (A)
Au
10
n=2.6
10
-11
10
-13
10
-15
T41 (4-200)
Schottky
Cr-Diamond
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Vgs (V)
Poly-Diamond
Vacuum
-XD
VHydrogenated
Surface
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V+
Diamond
Cr
EC
EV
Holes 2DG
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ROMA
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MEDFETs (2009)
-20 dB/dec.
-20 dB/dec.
Gain =
20 dB @ 1 GHz
Polycrystalline
Diamond (RAS)
fMAX = 35 GHz
fMAX = 26.3 GHz
Single Crystal
Diamond
fT = 13.2 GHz
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Gain =
16 dB @ 1 GHz
fT = 10 GHz
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ROMA
TRE
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UV Power Switch
0.07
0.06
Peak Amplitude (V)
0.05
WG=200 µm
LG=4
µm
Diamond
UV-FET
l = 20
um
Vgs
=-0.9 V
UV-triggered Power Switch
EL_G. Conte, et al., 2010
w
= 200
um
G-S
distance
4 µm
ArF 193 nm
G-D
distance
12 µm
FWHM
= 3.5 ns
- Vds
0.04
100 kW
LeCroy
1MW AC
0.03
193 nm
0.02
0.01
Vgs
0
-0.01
0
-1
-2
-3
-4
V
dd
-5
-6
-7
-8
(V)
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Dosimetri per IMRT
1
1
0,8
10
0,4
0,88
E6-DG Ag
E6-DG TiAu
E6-Std Ag
E6-Std DDL
0,84
0,8
0,76
0,2
0,72
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Time (s)
Current (A)
0,6
0
0
-7
0,92
Signal (a.u.)
Signal (a.u.)
0,96
10
-8
10
-9
10
-10
10
-11
-12
Prototypes of radiation detectors for
clinical dosimetry were constructed by
using commercially available synthetic
diamonds of different quality.
10
-13
10
-14
30
40
50
60
70
Stability<0.2%
4
3.5x10
5
10
20
E6-DG TiAu
E6-DG Ag
2x10
80
10
Co 60
Beam ON_OFF
SDD 58 mm 5V
Time (s)
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0
200
400
600
800
1000
1200
Time (s)
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Progetto Diapix (WP3)
Realizzazione di rivelatori basati sul Diamante
prodotto da V. Ralchenko (RAS, Mosca), come altro
potenziale fornitore, almeno fino a dimensioni 1 cm2
(Poly-Diamond polished s=2÷5 nm) e Mono da 36 mm2,
il quale è disponibile a fornire materiale nell’ambito di
una più ampia collaborazione ufficiale.
Vbias
Diamond
holes +
-
electrons
Guard
MESFETs
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Si vuole poi valutare la possibilità
di integrare il primo stadio di
pre-amplificazione,
con
un
MEDFET a canale superficiale
direttamente On-Chip,
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Tecnologia (Clean Room Classe 10000)
Astex S1500
•2.45 GHz Microwave deposition and treatment system ASTEX S1500
•DC and RF sputtering system with two magnetron 2” head.
•PVD evaporation apparatus with two independent ovens.
•Quartz tubular heating furnace (1200 °C) with Argon flow.
•Reactive Ion Etching (RIE) Plasmalab R80 for substrates up to 100 cm2.
•UV Photolithography room (Class 1000/10000) equipped with:
•Karl Suss MA6 mask-aligner.
•Direct writing system with HeCd laser (max resolution 2.5 m)
•Spin coater for substrates up to 100 cm2.
•Pre-baking and post backing ovens
•Confocal Olimpus Microscopy.
•Wet etching station..
RIE
Sputtering
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Evaporatore
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Tecniche di caratterizzazione
Electrical
• Helium gas exchange Cryostat: I(V,T), C(V,w,T)
• Impedance Spectroscopy, 1 mHz-10 MHz, Solartron FRA 1250,
IS1260, HP4192A, .
• Karl-Suss Rp8, Rucker-Rull probers.
Optoelectronic
• UV Transient photoconductivity (ArF laser 3ns., 2.5 mJ/pulse), LeCroy
Wavepro 960.
• Spectrally resolved photoconductivity, Spex Tandem 1687b, 50 cm.
• Spectral response UV-VIS-NIR (0.6-3.5 eV) Spex 1681, 25 cm.
• X-ray modulated photoconductivity (f<1kHz, Cu 8.06 keV)
• Time of Flight with 241Am alpha particles under vacuum.
• 90Sr, 241Am, 55Fe PHD Diamond characterization (Ortec 142IH, Amptek
MCA PX4).
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