S 2 DEL – Solid State and Diamond Electronics Lab. ROMA TRE Università degli Studi Attività sul Diamante a Roma Tre CAEN – Viareggio, 24 Giugno 2011 G.

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1 S 2 DEL – Solid State and Diamond Electronics Lab. ROMA TRE Università degli Studi Attività sul Diamante a Roma Tre CAEN – Viareggio, 24 Giugno 2011 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) 1/15

2 S 2 DEL – Solid State and Diamond Electronics Lab. 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 MESFETs Dosimetri 2/15

3 S 2 DEL – Solid State and Diamond Electronics Lab. 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 Caratterizzazione comparata CCD substrati epitassiali (Diapix) Matrici con I stadio pre-amplificazione on-chip (Diapix) RAS SC-DG 3/15

4 S 2 DEL – Solid State and Diamond Electronics Lab. ROMA TRE Università degli Studi Qualità dei diamanti disponibili Meccanismi di trasporto della carica. Distribuzione difetti elettricamente attivi. JDoS: Distribuzione in energia dei difetti; Posizione del livello di Fermi. 4/15

5 S 2 DEL – Solid State and Diamond Electronics Lab. ROMA TRE Università degli Studi 1D UV PSD V u (V) pos (mm) 5/15

6 S 2 DEL – Solid State and Diamond Electronics Lab. ROMA TRE Università degli Studi Rivelatori UV a larga banda Ag/Au contacts Metal grid A A 0 50 100 150 200 190200210220230240250 Responsivity ( A/W) Wavelength (nm) PCPC P C + P E PEPE 6/15

7 S 2 DEL – Solid State and Diamond Electronics Lab. ROMA TRE Università degli Studi Imaging di sorgenti UV. CVD-Diamond V bias - + - electrons holes Data acquisition - -- Imaging of a discharge UV source. 7/15

8 S 2 DEL – Solid State and Diamond Electronics Lab. ROMA TRE Università degli Studi Spettroscopia di raggi X 8/15

9 S 2 DEL – Solid State and Diamond Electronics Lab. ROMA TRE Università degli Studi MEDFET T41-200x3.6 m (2005) Poly-Diamond Cr Au Hydrogenated Surface 3.6 µm Holes 2DG Diamond Cr V- V+ Vacuum -X D ECEC EVEV 9/15

10 S 2 DEL – Solid State and Diamond Electronics Lab. ROMA TRE Università degli Studi -20 dB/dec. Gain = 16 dB @ 1 GHz Gain = 16 dB @ 1 GHz f MAX = 35 GHz f T = 10 GHz Polycrystalline Diamond (RAS) -20 dB/dec. Gain = 20 dB @ 1 GHz Gain = 20 dB @ 1 GHz f MAX = 26.3 GHz f T = 13.2 GHz Single Crystal Diamond Single Crystal Diamond MEDFETs (2009) 10/15

11 S 2 DEL – Solid State and Diamond Electronics Lab. ROMA TRE Università degli Studi W G =200 µm L G =4 µm V gs =-0.9 V G-S distance 4 µm G-D distance 12 µm UV Power Switch Vgs - Vds 100 k LeCroy 1M AC 193 nm UV-triggered Power Switch EL_G. Conte, et al., 2010 11/15

12 S 2 DEL – Solid State and Diamond Electronics Lab. ROMA TRE Università degli Studi Dosimetri per IMRT Prototypes of radiation detectors for clinical dosimetry were constructed by using commercially available synthetic diamonds of different quality. 12/15

13 S 2 DEL – Solid State and Diamond Electronics Lab. ROMA TRE Università degli Studi Progetto Diapix (WP3) Realizzazione di rivelatori basati sul Diamante prodotto da V. Ralchenko (RAS, Mosca), come altro potenziale fornitore, almeno fino a dimensioni 1 cm 2 (Poly-Diamond polished =2÷5 nm) e Mono da 36 mm 2, il quale è disponibile a fornire materiale nellambito di una più ampia collaborazione ufficiale. Diamond V bias + - electrons holes Guard MESFETs Si vuole poi valutare la possibilità di integrare il primo stadio di pre-amplificazione, con un MEDFET a canale superficiale direttamente On-Chip, 13/15

14 S 2 DEL – Solid State and Diamond Electronics Lab. ROMA TRE Università degli Studi Tecnologia (Clean Room Classe 10000) Sputtering 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 cm 2. 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 cm 2. Pre-baking and post backing ovens Confocal Olimpus Microscopy. Wet etching station.. RIE Evaporatore Astex S1500 14/15

15 S 2 DEL – Solid State and Diamond Electronics Lab. ROMA TRE Università degli Studi Tecniche di caratterizzazione Electrical Helium gas exchange Cryostat: I(V,T), C(V,,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 241 Am alpha particles under vacuum. 90 Sr, 241 Am, 55 Fe PHD Diamond characterization (Ortec 142IH, Amptek MCA PX4). 15/15