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A Collins
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Vacancy-related centers in diamond

Gordon Davies et al.Nov 15, 1992
It is established that vacancies in diamond migrate, during annealing, primarily in their neutral charge state, with an activation energy of 2.3\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}0.3 eV. Negative vacancies are destroyed by first converting to neutral centers in a reversible charge transfer process. In relatively pure diamonds (type IIa) and in diamonds (type I) containing large concentrations of nitrogen, effectively all the vacancies in the samples after irradiation can be accounted for in their neutral (${\mathit{V}}^{0}$) and negative (${\mathit{V}}^{\mathrm{\ensuremath{-}}}$) charge states. In nitrogen-rich diamonds, the vacancies are predominantly trapped during annealing at the nitrogen. From the annealing data we derive the relative oscillator strengths of the main absorption bands of ${\mathit{V}}^{0}$, ${\mathit{V}}^{\mathrm{\ensuremath{-}}}$, and of one vacancy combined either with a single N atom, a pair of N atoms, or the larger ``B'' aggregate of nitrogen. In the absence of the intrinsic nonradiative decay channels of luminescence from ${\mathit{V}}^{0}$, we show that the radiative decay time would be 35\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}7 ns. In common natural (``type IaA'') diamonds, variations of absorption linewidths during annealing imply that about 40% of the vacancies are created within a few atomic sites of the nitrogen impurity, and direct observation confirms that vacancy production is enhanced in these diamonds. About half the vacancies, including those created near the nitrogen, anneal at each temperature about 12 times faster than those vacancies whose creation is not correlated with the nitrogen.
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The nature of the acceptor centre in semiconducting diamond

A Collins et al.Sep 17, 1971
A precision study has been made of the temperature dependence of the Hall effect and resistivity in five carefully selected natural semiconducting diamonds. The donor and acceptor concentrations in each sample have been calculated from the Hall effect data, and the acceptor concentrations are shown to correlate excellently with the intensities of the acceptor infrared absorption spectrum in each diamond. The behaviour of the resistivity is characteristic of a single acceptor centre, and the much lower activation energy observed at low temperatures is attributed to the tunnelling of electrons from ionized to neutral acceptor centres. The aluminium concentration in each crystal has been measured by slow neutron activation analysis and found to be substantially lower than the acceptor concentration in every case. Aluminium therefore cannot form the acceptor centre as was previously thought. Boron is the only group III element that neutron activation analysis has not eliminated as a possible acceptor, and the results of other workers point to boron as a likely candidate. The revised interpretation, that the acceptor centre in semiconducting diamond is definitely not aluminium and probably boron, is discussed, and its significance to previous publications is critically considered.
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