DE69002432T2 - Diamant-Halbleiter-Bauteil und Methode zu seiner Herstellung. - Google Patents

Diamant-Halbleiter-Bauteil und Methode zu seiner Herstellung.

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Description

    Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitereinrichtung, wie zum Beispiel Thermistoren, Dioden und Transistoren, welche einen Diamantdünnfilm umfaßt.
    • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Diamanten können zu Halbleitern vom p-Typ verarbeitet werden, und da sie Vorteile haben, wie zum Beispiel großen Bandabstand, hohe Trägermobilität und ausgezeichnete Wärme- und Umweltbeständigkeit, ist ihre Verwendung bei Halbleitereinrichtungen zunehmend populär geworden.
  • Es gibt zwei Arten von Diamantdünnfilm-Halbleitern:
  • (1) eine Einrichtung, welche ein Einkristalldiamantsubstrat mit einem Diamantdünnfilm darauf als aktive Schicht, umfaßt, d.h., eine Einrichtung mit einer gleichmäßig aufgewachsenen aktiven Schicht aus Diamant, und
  • (2) eine Einrichtung, welche eine aktive Schicht aus einem dünnen Diamantfilm umfaßt, die auf einem aus unterschiedlichem Material, wie zum Beispiel Silizium, hergestellten Substrat gebildet ist.
  • Beispiele für die druch gleichmäßiges Aufwachsen gebildeten Diamanteinrichtungen, wie sie oben unter (1) beschrieben sind, enthalten experimentell hergestellte Schottky-Dioden oder MESFETs, welche einen Schottky-Übergang zwischen einer auf einem Einkristalldiamanten gleichmäßig aufgewachsenen Diamantschicht vom p-Typ und einer Wolframschicht (W) oder Aluminiumschicht (Al) aufweisen. Da ein Diamant vom n-Typ noch nicht verfügbar ist, wird gegenwärtig ein Schottky-Übergang zwischen einem Diamanten vom p-Typ und einem Metall verwendet.
  • Beispiele für die Diamanteinrichtungen gemäß der Gruppe (2) enthalten experimentelle Einrichtungen, wie zum Beispiel Thermistoren, welche einen polykristallinen, auf einem Si-Substrat gewachsenen Diamant aufweisen und Dünnfilmelektrolumineszenzeinrichtungen (EL) mit einer polykristallinen Diamantschicht als die lichtemittierende Schicht. Ein Beispiel eines Thermistors, welcher ein wärmeempfindliches, aus einem Dünnfilmdiamanten bestehendes Element umfaßt, ist in der EP-A-0 262 601 beschrieben. Die gegenwärtige Technologie erlaubt nur das Wachstum von Einkristalldiainantdünnfilmen auf Einkristalldiamantsubstraten. In Fällen, in denen Silizium oder ein anderes Metall als Substrat verwendet wird, sind nur dünne Filme aus polykristallinem Diamant verfügbar. Daher basieren unter die Kategorie (2) fallende Einrichtungen, ohne Ausnahme, auf polykristallinen Diamanten.
  • In beiden obengenannten Fällen verwendete die Technologie nach dem Stand der Technik jedoch die direkte Bildung des aktiven Diamantdünnfilms auf einem Substrat, wobei Ablagerungsmethoden, wie zum Beispiel Mikrowellenplasma-CVD (chemische Dampfablagerung), RF (Radiofrequenz)-Plasma-CVD, ECR (Elektronenzyklotronresonanz)-Plasma-CVD und ähnliches angewendet wurden.
  • Die oben beschriebenen Einrichtungen nach dem Stand der Technik weisen die folgenden Nachteile auf:
  • (1) schlechte Grenzflächencharakteristiken, welche zu Geräten führen, die unzureichende Eigenschaften aufweisen, wobei solche Eigenschaften wahrscheinlich auf die Bildung von verschiedenen Grenzflächenzuständen zurückzuführen sind; und
  • (2) schlechte Filmgualität der aktiven, in der anfänglichen Ablagerungsstufe gebildeten Schicht, d.h., die aktive Schicht im Kontakt mit dem Substrat ist so gering, daß die resultierende Einrichtung weit von einer zufriedenstellenden Funktion entfernt ist. Dies ist insbesondere problematisch, wenn eine aktive Schicht von einem 1 um oder weniger erforderlich ist.
  • Diese Unzulänglichkeiten zeigen sich noch deutlicher, wenn die Diamantfilme auf einem nicht aus Diamant bestehenden Substrat gebildet sind.
  • Die Druckschrift "Gallium Arsenide Material, Devices and Circuits, Ed. Howes and Morgan, Pub. John Wiley and Sons 1985, Seiten 370-370", beschreibt die Verwendung einer halbisolierenden Pufferschicht in Galliumarsenideinrichtungen.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine Halbleitereinrichtung, welche einen Diamantdünnfilm als die aktive Schicht verwendet, wobei zuerst ein nicht dotierter Diamantdünnfilm auf einem Substrat, und dann eine aktive Schicht aus Diamant auf dem nicht dotierten Diamantdünnfilm gebildet wird.
  • D.h., eine nicht dotierte Diamantschicht (mit hohem Widerstand) ist zwischen dem Substrat und der aktiven Diamantdünnfilmschicht eingeführt, wodurch für günstige Grenzflächencharakteristiken und ausgezeichnete Eigenschaften über den gesamten Bereich gesorgt ist.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Andere Aufgaben, Merkmale und Charakteristiken der vorliegenden Erfindung wie auch Arbeitsmethoden und Funktionen der darauf bezogenen Teile und Elemente der Struktur, und die Kombination von Teilen und Herstellungsökonomien werden bei Betrachtung der folgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, wovon alle einen Teil dieser Spezifikation bilden, deutlich.
  • Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht der Diamanthalbleiterdiode entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • Detaillierte Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • Die vorliegende Erfindung beinhaltet die Bildung einer nicht dotierten Diamantschicht auf einem Substrat und die Bildung eines Diamantdünnfilms als eine aktive Schicht auf der nicht dotierten Diamantschicht. Ein solcher Prozeß sorgt für verbesserte Grenzflächencharakteristiken, welche schließlich den Grenzflächenzustand reduzieren können. Dies erhöht andererseits die Trägermobilität, verringert den Widerstand und verbessert die Effizienz der Verunreinigungsdotierung.
  • Die Substrate, auf die hierin Bezug genommen wird, enthalten Einkristalldiamantsubstrate, Si-Substrate und Metallsubstrate. Nicht dotierte Diamanten können entweder durch homogenes oder heterogenes Aufwachsen hergestellt werden.
  • Es wird nicht ganz verstanden, wie die nicht dotierte Schicht funktioniert, um die obengenannten Effekte zu erzielen, aber der mögliche Mechanismus ist wie folgt.
  • Im Falle der Anlagerung eines Diamantdünnfilms auf einem Diamantsubstrat existiert ein Problem. Das Problem besteht darin, daß das Diamantsubstrat so hart und chemisch stabil ist, daß noch kein geeignetes Verfahren zur Oberflächenvorbehandlung zur Verfügung steht. Infolgedessen läßt man den Diamantfilm auf einem nicht behandeltem Diamantsubstrat aufwachsen, welches noch Restverunreinigungen oder Bearbeitungsspannungen aufweist. So neigt der resultierende Übergang dazu, eine starke innere Deformation an dem Übergang zu erzeugen, oder einen Zustand mit mehreren Grenzflächen zu bilden.
  • Im Falle der Ablagerung eines Diamantdünnfilms auf einem anderen als dem Einkristalldiamantsubstrat, wie zum Beispiel einem Si- oder Metallsubstrat, ergibt sich zwischen dem Substrat und dem Diamantfilm ein Heteroübergang. In diesem Falle führen die Fehlanpassungen in den Gitterparametern und Kristallstrukturen wieder zur Bildung einer großen Spannung in dem dünnen Film. Es ist wahrscheinlich, daß der insbesondere in der anfänglichen Stufe gebildete Diamantdünnfilm eine schlechte Kristallinität aufweist.
  • Wie oben dargelegt ist, kann man sich leicht vorstellen, daß die Kristallinität des auf einem Substrat deponierten Diamantdünnfilms infolge ungünstiger Grenzflächenbedingungen, wie zum Beipsiel auf dem Substrat adsorbierte Verunreinigungen und auf der Oberfläche des Substrats verbliebene Bearbeitungseinwirkungen, verschlechtert wird.
  • Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung beinhaltet daher das Aufwachsen einer nicht dotierten Diamantschicht auf dem Substrat vor der Ablagerung einer aktiven Diamantschicht.
  • Diese zusätzliche Diamantschicht reduziert merklich den Einfluß von Oberflächenverunreinigungen auf die aktive Schicht, sowie auch denjenigen von Bearbeitungseinwirkungen, die auch auf der Oberfläche des Substrat verblieben sind. Die Kristallinität der aktiven Schicht wird so verbessert.
  • Die nicht dotierte Diamantschicht wird abgelagert, um die aktive Schicht vom Substrat zu isolieren, wobei ein Vorteil aus dem spezifischen Widerstand der nicht dotierten Diamantschicht gezogen wird, welcher etwa 10¹&sup4; Xcm beträgt und sogar noch größer sein kann. Dies bewirkt, daß eine Halbleitereinrichtung bezüglich ihrer Struktur ziemlich viel Freiheit hat.
  • Die Dicke des als die Zwischenschicht einzuführenden nicht dotierten Diamantdünnfilms hängt von dem Substratmaterial und der Art der Einrichtung ab, aber die Dicke beträgt vorzugsweise 100 Å oder mehr, um einen günstigen Grenzflächenzustand aufrechtzuerhalten.
    • Beispiel 1 (spezifischer Widerstand)
  • Ein Diamantfilm wurde sowohl auf ein Diamantsubstrat als auch ein c-BN-Substrat durch ein bekanntes Mikrowellenplasma-CVD-Verfahren aufgebracht, und die Qualität des aufgebrachten Films wurde bewertet.
  • Das verwendete Diamantsubstrat war ein unter hohem Druck synthetisierter Einkristall vom Ib-Typ, und eine aktive Diamantschicht wurde auf der (100)-Ebene des Substrats abgelagert. Diese Schicht erwies sich als ein Einkristall. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde eine Diamantschicht von 50 bis 1000 Å Dicke vor der Anlagerung der aktiven Schicht aufgebracht. Es wurde auch eine Einrichtung ohne die nicht dotierte Schicht als Vergleichsbeispiel hergestellt.
  • Das hierin verwendete c-BN-Substrat war ein polykristallines c-BN, das durch Sintern eines BN-Pulvers unter hohem Druck erhalten wurde. Dementsprechend war die darauf abgelagerte aktive Schicht aus Diamant auch polykristallin. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde eine nicht dotierte Diamantschicht von 500 Å (1 Å = 0,1 nm) vor der Ablagerung der aktiven Schicht aufgebracht.
  • Die nicht dotierte Schicht wurde unter Verwendung einer auf H&sub2; basierenden und 1% CH&sub4; enthaltenden Gasmischung unter einem Druck von 40 Torr bei einer Mikrowellenausgangsleistung von 400 W aufgebracht, während die Substrattemperatur bei 850ºC gehalten wurde. Dann wurde darauf eine B-dotierte aktive Diamantschicht vom p-Typ abgelagert. Die Bedingungen bei der Ablagerung der aktiven Schicht waren im wesentlichen dieselben, wie sie bei der Ablagerung der nicht dotierten Schicht verwendet wurden, mit Ausnahme der Zugabe von B&sub2;H&sub6; bei einem B&sub2;H&sub6;/CH&sub4;-Verhältnis von 50 ppm.
  • Die Dicke der nicht dotierten Schicht wurde variiert, um so Filme von jeweils 50, 100, 500 und 1000 Å Dicke zu erhalten, während die aktive Schicht bei einer konstanten Dicke von 1 um gehalten wurde. Tabelle 1 Spezifischer Widerstand, Beweglichkeit und Trägerdichte der hergestellten Halbleitereinrichtungen Substrat Dicke der nicht dotierten Schicht Spezifischer Widerstand Xcm Beweglichkeit cm²/Vsec Trägerdicke Cm&supmin;³ Vergleichsbeispiel Beispiel Diamant
  • Der gemessene spezifische Widerstand, die Trägerkonzentration und die Trägerbeweglichkeit der Halbleitereinrichtungen sind in Tabelle 1 angegeben. Es zeigt sich, daß die Einrichtungen, welche nicht dotierte Diamantschichten umfassen, einen niedrigeren spezifischen Widerstand und höhere Trägerkonzentration bei denselben Dotierungsmengen aufweisen. Dies vedeutlicht, daß die Einrichtungen nach der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete Dotierungseffizienz aufweisen.
  • Darüber hinaus ist auch die Trägermobilität verbessert. Dies kann auf Verringerungen im Grenzflächenzustand hindeuten.
  • Der spezifische Widerstand verringert sich und die Trägerkonzentration steigt an, wenn die Dicke der nicht dotierten Schicht größer wird. Dieser Effekt ist insbesondere bei einer nicht dotierten Schicht von 500 Å Dicke oder mehr zu erkennen. Der spezifische Widerstand wird auf einen außergewöhnlichen Wert von weniger als einem Zehntel von demjenigen ohne nicht dotierte Schicht verringert, wenn die Dicke der nicht dotierten Schicht 1000 Å beträgt.
  • Die vorliegende, mit dem Vergleichsbeispiel verglichene Erfindung wurde oben detailliert unter Bezugnahme auf Einrichtungen beschrieben, welche Diamant als das Subtrat verwenden. Das gleiche kann für Einrichtungen festgestellt werden, welche c-BN als das Substrat verwenden. Die Einbeziehung einer 500 Å dicken nicht dotierten Schicht verringert den spezifischen Widerstand auf weniger als ein Drittel des Wertes, der vorliegt, wenn keine nicht dotierte Schicht gebildet wurde.
    • Beispiel II (Diodencharateristiken)
  • Auf der (100)-Ebene von einem synthetisierten Einkristall-Diamantsubstrat vom Ib-Typ wurde ein Diamantdünnfilm in derselben Art und Weise wie beim Beispiel I gebildet. Auf dem Film wurde ein Kontakt vorgesehen, um eine Schottky-Diode, wie schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, zu erzeugen. Der Diamant vom Ib-Typ umfaßt Substitutionsstickstoff und kann durch Hochdrucksyntnese hergestellt werden.
  • Gemäß Fig. 1 wurde ein nicht dotierter Diamantdünnfilm auf dem Diamantsubstrat 2 vom Ib-Typ gebildet, und ferner wurde darauf eine B-dotierte aktive Diamantschicht 3 erzeugt. Die Schottky-Kontaktelektrode 4 auf der aktiven Schicht 3 wurde durch Zerstäubung von entweder Wolfram oder Aluminium gebildet. Die ohmsche Ti-Kontaktelektrode 5 auf der aktiven Schicht 3 wurde durch Vakuumbedampfen erzeugt.
  • Die aktive Schicht war einheitlich in der Dicke, während die nicht dotierte Schicht im Bereich von 0 bis 1000 Å variiert wurde.
  • Zwischen den Elektroden 4 und 5 wurde eine Spannung angelegt, um die Stromspannungs(I-V)-Charakteristiken (Diodencharakteristiken) zu erhalten, und die Resultate sind in Tabelle 2 angegeben. Der Umkehrleckstrom (Sperrstrom) ist definiert als der Strom, welcher einen Spannungsabfall von 20 V in der umgekehrten Richtung erzeugt. Tabelle 2 Sperrstrom der Dioden Dicke der nicht dotierten Scchicht Leckstrom (A) in umgekehrter Richtung Vergleichsbeispiel Beispiel
  • Tabelle 2 verdeutlicht, daß die Vergleichseinrichtungen, die eine direkt auf dem Substrat gebildete aktive Schicht umfassen, einen höheren Sperrstrom aufweisen, wohingegen die eine nicht dotierte Schicht als die Zwischenschicht aufweisende Erfindung einen merklich reduzierten umgekehrten Leckstrom liefert. Der Effekt tritt insbesondere bei einer nicht dotierten Schicht von 100 Å Dicke oder mehr betont hervor. Die Verringerung des Leckstroms in der umgekehrten Richtung in der Einrichtung nach der Erfindung wird der erhöhten Kristallinität der Schicht vom p-Typ zugeschrieben, welche durch die Einbeziehung einer nicht dotierten Schicht darunter erreicht wurde.
  • Jeder Diode weist einen Qualitätsfaktor (n-Wert) im Bereich von etwa 1,7 bis 2,0 auf, wobei der "Qualitätsfaktor" der Wert n in der folgenden Gleichung
  • I = I&sub0; [exp(eV/nkT) - 1],
  • ist, welche die Stromspannungscharakteristiken der Einrichtung, welche ideal gleich 1 sind, beschreibt.
  • Die Diamanthalbleitereinrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zwischen dem Substrat und der aktiven Schicht angeordnete, nicht dotierte Schicht umfaßt. Die Einrichtung hat daher eine aktive Schicht mit verbesserter Kristallinität und weist daher sowohl eine hohe Dotierungseffizienz als auch hohe Trägermobilität auf. Darüber hinaus ist die Diamanteinrichtung nach der vorliegenden Erfindung auch bezüglich anderer Halbleitereigenschaften, einschließlich der Diodencharakteristiken, welche von großer industrieller Bedeutung sind, verbessert.

Claims (6)

1. Eine Halbleitereinrichtung, welche umfaßt:
ein Substrat; und
eine aktive Diamantschicht mit darauf gebildeten Kontakten, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung ferner einen nicht dotierten, dünnen Diamantfilm umfaßt, welcher auf dem Substrat gebildet ist, und auf dem die aktive Diamantschicht gebildet ist.
2. Eine Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein Diamantsubstrat ist.
3. Eine Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der nicht dotierte dünne Diamantfilm eine Dicke von wenigstens 100 Å (1 Å = 0,1 nm) aufweist.
4. Eine Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der nicht dotierte dünne Diamantfilm eine Dicke im Bereich von 50 Å bis 1000 Å (1 Å = 0,1 nm) aufweist.
5. Eine Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein c-BN-Substrat ist.
6. Ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung, mit den Verfahrensschritten:
Aufbringen einer aktiven Diamantschicht auf ein Substrat und Bilden von Kontakten auf der aktiven Schicht, gekennzeichnet durch den weiteren Verfahrensschritt
der Bildung einer nicht dotierten Diamantschicht auf dem Substrat vor dem Aufbringen der aktiven Diamantschicht.
DE90118997T 1989-10-04 1990-10-04 Diamant-Halbleiter-Bauteil und Methode zu seiner Herstellung. Expired - Fee Related DE69002432T2 (de)

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DE69002432D1 DE69002432D1 (de) 1993-09-02
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021123907A1 (de) 2021-09-15 2023-03-16 Universität Siegen, Körperschaft des öffentlichen Rechts LED und Herstellungsverfahren dafür

Families Citing this family (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2799744B2 (ja) * 1989-09-11 1998-09-21 株式会社半導体エネルギー研究所 ダイヤモンドを用いたサーミスタの作製方法
JP2775903B2 (ja) * 1989-10-04 1998-07-16 住友電気工業株式会社 ダイヤモンド半導体素子
JPH03131003A (ja) * 1989-10-16 1991-06-04 Kobe Steel Ltd ダイヤモンド薄膜サーミスタ
JPH07118546B2 (ja) * 1991-03-22 1995-12-18 株式会社神戸製鋼所 ダイヤモンドヘテロ接合型ダイオード
JPH04302172A (ja) * 1991-03-29 1992-10-26 Kobe Steel Ltd ダイヤモンドショットキーダイオード
JPH0815160B2 (ja) * 1991-03-29 1996-02-14 株式会社神戸製鋼所 ダイヤモンドショットキーゲート型電界効果トランジスタ
EP0543392A3 (en) * 1991-11-21 1993-10-20 Canon Kk Diamond semiconductor device and method of producing the same
US5285084A (en) * 1992-09-02 1994-02-08 Kobe Steel Usa Diamond schottky diodes and gas sensors fabricated therefrom
US5362975A (en) * 1992-09-02 1994-11-08 Kobe Steel Usa Diamond-based chemical sensors
JP3175887B2 (ja) * 1992-10-27 2001-06-11 株式会社半導体エネルギー研究所 測定装置
JP3117563B2 (ja) * 1992-11-24 2000-12-18 株式会社神戸製鋼所 ダイヤモンド薄膜電界効果トランジスタ
US5403619A (en) * 1993-01-19 1995-04-04 International Business Machines Corporation Solid state ionic polishing of diamond
JP3086556B2 (ja) * 1993-02-09 2000-09-11 株式会社神戸製鋼所 半導体ダイヤモンド層上の耐熱性オーミック電極及びその形成方法
DE69404347T4 (de) * 1993-02-16 1998-04-09 Sumitomo Electric Industries Polykristallines Substrat aus Diamant sowie Verfahren zur dessen Herstellung
JPH06267846A (ja) * 1993-03-10 1994-09-22 Canon Inc ダイヤモンド電子装置およびその製造法
JPH0794303A (ja) * 1993-05-04 1995-04-07 Kobe Steel Ltd 高配向性ダイヤモンド薄膜サーミスタ
JP3755904B2 (ja) * 1993-05-14 2006-03-15 株式会社神戸製鋼所 ダイヤモンド整流素子
JP3549228B2 (ja) * 1993-05-14 2004-08-04 株式会社神戸製鋼所 高配向性ダイヤモンド放熱基板
JPH0786311A (ja) * 1993-05-14 1995-03-31 Kobe Steel Ltd 高配向性ダイヤモンド薄膜電界効果トランジスタ
US5371383A (en) * 1993-05-14 1994-12-06 Kobe Steel Usa Inc. Highly oriented diamond film field-effect transistor
JPH0794805A (ja) * 1993-05-14 1995-04-07 Kobe Steel Ltd 高配向性ダイヤモンド薄膜磁気検出素子及び磁気検出装置
JP3549227B2 (ja) * 1993-05-14 2004-08-04 株式会社神戸製鋼所 高配向性ダイヤモンド薄膜
US5442199A (en) * 1993-05-14 1995-08-15 Kobe Steel Usa, Inc. Diamond hetero-junction rectifying element
US5488232A (en) * 1993-09-28 1996-01-30 North Carolina State University Oriented diamond film structures on non-diamond substrates
JP3310430B2 (ja) * 1993-11-26 2002-08-05 株式会社半導体エネルギー研究所 計測装置および計測方法
JPH07161455A (ja) * 1993-12-09 1995-06-23 Sumitomo Electric Ind Ltd ダイヤモンドヒ−タ
US5514242A (en) * 1993-12-30 1996-05-07 Saint Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation Method of forming a heat-sinked electronic component
US5488350A (en) * 1994-01-07 1996-01-30 Michigan State University Diamond film structures and methods related to same
US5474808A (en) * 1994-01-07 1995-12-12 Michigan State University Method of seeding diamond
JP3789949B2 (ja) * 1994-03-07 2006-06-28 本田技研工業株式会社 半導体装置
DE4415600A1 (de) * 1994-05-04 1995-11-30 Daimler Benz Ag Elektronisches Bauteil mit einer Halbleiter-Komposit-Struktur
JP3498363B2 (ja) * 1994-06-13 2004-02-16 住友電気工業株式会社 ダイヤモンドの合成方法
JP3295921B2 (ja) * 1994-06-20 2002-06-24 住友電気工業株式会社 表面弾性波素子用ダイヤモンド基材及び素子
US5587210A (en) * 1994-06-28 1996-12-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Growing and releasing diamonds
EP0697726B1 (de) * 1994-08-03 2003-02-26 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Kühlkörper aus synthetischer Diamantschicht
DE4427715C1 (de) * 1994-08-05 1996-02-08 Daimler Benz Ag Komposit-Struktur mit auf einer Diamantschicht und/oder einer diamantähnlichen Schicht angeordneter Halbleiterschicht sowie ein Verfahren zu deren Herstellung
US5646474A (en) * 1995-03-27 1997-07-08 Wayne State University Boron nitride cold cathode
DE19542943C2 (de) * 1995-11-17 2001-03-08 Daimler Chrysler Ag Verfahren zur Herstellung eines mikroelektronischen Bauteils mit einer mehrlagigen Komposit-Struktur
US6082200A (en) * 1997-09-19 2000-07-04 Board Of Trustees Operating Michigan State University Electronic device and method of use thereof
SE9801881D0 (sv) * 1998-05-28 1998-05-28 Asea Brown Boveri A switching device
SE9804135L (sv) 1998-11-30 2000-05-31 Abb Ab Fotokonduktiv omkopplare
CA2412853C (en) * 2000-06-15 2009-08-25 Geoffrey Alan Scarsbrook Single crystal diamond prepared by cvd
DE10058581C1 (de) * 2000-11-18 2002-03-14 Fraunhofer Ges Forschung Elektromechanisch regelbares elektrisches Widerstandselement
US7402835B2 (en) * 2002-07-18 2008-07-22 Chevron U.S.A. Inc. Heteroatom-containing diamondoid transistors
US7224532B2 (en) * 2002-12-06 2007-05-29 Chevron U.S.A. Inc. Optical uses diamondoid-containing materials
WO2004075273A1 (ja) * 2003-02-24 2004-09-02 Tokyo Gas Company Limited ｎ型ダイヤモンド半導体及びその製造方法
US20050019955A1 (en) * 2003-07-23 2005-01-27 Dahl Jeremy E. Luminescent heterodiamondoids as biological labels
JP4858948B2 (ja) * 2006-01-17 2012-01-18 独立行政法人産業技術総合研究所 不純物傾斜型ダイヤモンド薄膜及びその製造方法並びに該不純物傾斜型ダイヤモンド薄膜を用いたダイオード又はトランジスタ
GB0813491D0 (en) 2008-07-23 2008-08-27 Element Six Ltd Diamond Material
GB0813490D0 (en) 2008-07-23 2008-08-27 Element Six Ltd Solid state material

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5963732A (ja) * 1982-10-04 1984-04-11 Hitachi Ltd 薄膜形成装置
JP2519750B2 (ja) * 1986-09-26 1996-07-31 住友電気工業株式会社 サ―ミスタとその製造方法
JPS63201094A (ja) * 1987-02-17 1988-08-19 Toray Ind Inc ダイヤモンド状物質
US4863529A (en) * 1987-03-12 1989-09-05 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Thin film single crystal diamond substrate
JPS645002A (en) * 1987-06-27 1989-01-10 Kanegafuchi Chemical Ind Temperature detector
US4947220A (en) * 1987-08-27 1990-08-07 Yoder Max N Yoked, orthogonally distributed equal reactance amplifier
JPS6462911A (en) * 1987-09-03 1989-03-09 Sumitomo Electric Industries Surface acoustic wave element
US4929986A (en) * 1987-09-25 1990-05-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy High power diamond traveling wave amplifier
JP2584642B2 (ja) * 1987-12-17 1997-02-26 出光石油化学株式会社 ショットキーダイオードおよびその製造方法
JP2671259B2 (ja) * 1988-03-28 1997-10-29 住友電気工業株式会社 ショットキー接合半導体装置
JPH01308900A (ja) * 1988-06-06 1989-12-13 Canon Inc ダイヤモンド半導体の製造方法
JPH01317197A (ja) * 1988-06-16 1989-12-21 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd ダイヤモンド薄膜基板およびその製法
JP2628601B2 (ja) * 1988-07-12 1997-07-09 富士通株式会社 ダイアモンド被覆超硬合金および超硬合金のダイアモンド被覆方法
EP0420188A1 (de) * 1989-09-27 1991-04-03 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Halbleitende Heteroübergangsstruktur
JP2775903B2 (ja) * 1989-10-04 1998-07-16 住友電気工業株式会社 ダイヤモンド半導体素子
US4981818A (en) * 1990-02-13 1991-01-01 General Electric Company Polycrystalline CVD diamond substrate for single crystal epitaxial growth of semiconductors
US5142350A (en) * 1990-07-16 1992-08-25 General Motors Corporation Transistor having cubic boron nitride layer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021123907A1 (de) 2021-09-15 2023-03-16 Universität Siegen, Körperschaft des öffentlichen Rechts LED und Herstellungsverfahren dafür

Also Published As

Publication number Publication date
JPH03120865A (ja) 1991-05-23
JP2775903B2 (ja) 1998-07-16
US5144380A (en) 1992-09-01
EP0421397A1 (de) 1991-04-10
EP0421397B1 (de) 1993-07-28
US5306928A (en) 1994-04-26
DE69002432D1 (de) 1993-09-02

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