Влияние изотопного состава кремния на локальные колебательные моды комплекса вакансия – кислород

  • Екатерина Анатольевна Толкачева Научно-практический центр НАН Беларуси по материаловедению, ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск, Беларусь
  • Владимир Павлович Маркевич Манчестерский университет, Оксфордская дорога, M13 9PL, г. Манчестер, Великобритания
  • Леонид Иванович Мурин Научно-практический центр НАН Беларуси по материаловедению, ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск, Беларусь
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-2243-2021-1-102-110

Аннотация

Изотопный состав природного кремния (28Si (92,23 %), 29Si (4,68 %) и 30Si (3,09 %)) оказывает заметное влияние на форму полос ИК-поглощения, обусловленных примесными атомами кислорода. Определено положение локальных колебательных мод (ЛКМ), связанных с квазимолекулами 28Si – 16OS – 29Si и 28Si – 16OS – 30Si (OS – атом кислорода в узле решетки), для спектров поглощения, измеренных при Т ≅ 20 К и комнатной температуре (Т ≅ 300 К). Оценка изотопических сдвигов соответствующих мод проведена путем подгонки формы полосы поглощения комплекса вакансия – кислород (А-центр) в облученных кристаллах Si. Изотопические сдвиги ЛКМ при Т ≅ 300 К равны (2,22 ± 0,25) см–1 для 28Si – 16OS – 29Si и (4,19 ± 0,80) см–1 для 28Si – 16OS – 30Si по отношению к наиболее интенсивной полосе с максимумом у (830,29 ± 0,09) см–1, связанной с колебаниями 28Si – 16OS – 28Si, а полуширина полос поглощения А-центра составляет (5,30 ± 0,26) см–1. При Т ≅ 20 К значения соответствующих величин были определены как (1,51 ± 0,13); (2,92 ± 0,20); (835,78 ± 0,01) и (2,34 ± 0,03) см–1. Обсуждена модель для расчета изотопических сдвигов в рассматриваемом случае. На основании анализа изотопических сдвигов получены данные о структуре комплекса вакансия – кислород в кремнии при Т ≅ 20 К и комнатной температуре.

Биографии авторов

Екатерина Анатольевна Толкачева, Научно-практический центр НАН Беларуси по материаловедению, ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск, Беларусь

кандидат физикоматематических наук; старший научный сотрудник лаборатории радиационных воздействий

Владимир Павлович Маркевич , Манчестерский университет, Оксфордская дорога, M13 9PL, г. Манчестер, Великобритания

кандидат физико-математических наук; старший научный сотрудник Института фотонных исследований и Школы электротехники и электроники

Леонид Иванович Мурин , Научно-практический центр НАН Беларуси по материаловедению, ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; ведущий научный сотрудник лаборатории радиационных воздействий

Литература

  1. Chroneos A, Sgourou EN, Londos CA, Schwingenschlögl U. Oxygen defect processes in silicon and silicon germanium. Applied Physics Reviews. 2015;2(2):021306. DOI: 10.1063/1.4922251.
  2. Lindstrom JL, Murin LI, Hallberg T, Markevich VP, Svensson BG, Kleverman M, et al. Defect engineering in Czochralski silicon by electron irradiation at different temperatures. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 2002;186(1–4):121–125. DOI: 10.1016/S0168-583X(01)00871-0.
  3. Pajot B, Clerjaud B. Optical absorption of impurities and defects in semiconducting crystal. II. Electronic absorption of deep centres and vibrational spectra. Berlin: Springer; 2013. 512 p. (Springer series in solid-state sciences; volume 169). DOI: 10.1007/978-3-642-18018-7.
  4. Murin LI, Lindström JL, Markevich VP, Misiuk A, Londos CA. Thermal double donor annihilation and oxygen precipitation at around 650 °C in Czochralski-grown Si: local vibrational mode studies. Journal of Physics: Condensed Matter. 2005;17(22):S2237–S2246. DOI: 10.1088/0953-8984/17/22/011.
  5. Korshunov FP, Bogatyrev YuV. [Radiation technology for manufacturing powerful semiconductor devices]. Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-Technical Series. 2008;4:106–114. Russian.
  6. Tolkacheva EA, Markevich VP, Murin LI. [Optical properties and the mechanism of the formation of V2O2 and V3O2 vacancyoxygen complexes in irradiated silicon crystals]. Fizika i tekhnika poluprovodnikov. 2018;52(9):973–979. Russian. DOI: 10.21883/FTP. 2018.09.46141.8806.
  7. Tolkacheva EA, Murin LI. [Influence of isotopic composition of natural silicon on local vibrational modes of vacancy-oxygen complexes]. Journal of Applied Spectroscopy. 2013;80(4):586–590. Russian.
  8. Londos CA, Fytros LG, Georgiou GJ. IR studies of oxygen-vacancy related defects in irradiated silicon. Defect and Diffusion Forum. 1999;171–172:1–32. DOI: 10.4028/www.scientific.net/DDF.171-172.1.
  9. Pajot B. Optical absorption of impurities and defects in semiconducting crystal. I. Hydrogen-like centres. Berlin: Springer; 2010. 470 p. (Springer series in solid-state sciences; volume 158). DOI: 10.1007/b135694.
  10. Murin LI, Svensson BG, Lindström JL, Markevich VP, Londos CA. Divacancy-oxygen and trivacancy-oxygen complexes in silicon: local vibrational mode studies. Solid State Phenomena. 2010;156–158:129–134. DOI: 10.4028/www. scientific.net/SSP.156-158.129.
  11. Vanmeerbeek P, Clauws P, Vrielinck H, Pajot B, Van Hoorebeke L, Nilandsted Larsen A. High-resolution local vibrational mode spectroscopy and electron paramagnetic resonance study of the oxygen-vacancy complex in irradiated germanium. Physical Review B. 2004;70:035203. DOI: 10.1103/PhysRevB.70.035203.
  12. Lindström JL, Murin LI, Markevich VP, HallbergT, Svensson BG. Vibrational absorption from vacancy-oxygen-related complexes (VO, V2O, VO2) in irradiated silicon. Physica B: Condensed Matter. 1999;273–274:291–295. DOI: 10.1016/S0921-4526(99)00447-0.
  13. Davies G, Hayama S, Hao S, Bech Nielsen B, Coutinho J, Sanati M, et al. Host isotope effects on midinfrared optical transitions in silicon. Physical Review B. 2005;71(11):115212. DOI: 10.1103/PhysRevB.71.115212.
  14. Ewels CP, Jones R, Öberg S. First principles investigation of vacancy oxygen defects in Si. Materials Science Forum. 1995; 196–201:1297–1302. DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.196-201.1297.
  15. Pesola M, von Boehm J, Mattila T, Nieminen RM. Computational study of interstitial oxygen and vacancy-oxygen complexes in silicon. Physical Review B. 1999;60(16):11449–11463. DOI: 10.1103/PhysRevB.60.11449.
  16. Coutinho J, Jones R, Briddon PR, Öberg S. Oxygen and dioxygen centers in Si and Ge: density-functional calculations. Physical Review B. 2000;62(16):10824–10840. DOI: 10.1103/PhysRevB.62.10824.
Опубликован
2021-02-09
Ключевые слова: локальные колебательные моды, кремний, ИК-поглощение, изотопический сдвиг, изотопный состав
Поддерживающие организации Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (проект № Ф20-111).
Как цитировать
Толкачева, Е. А., Маркевич , В. П., & Мурин , Л. И. (2021). Влияние изотопного состава кремния на локальные колебательные моды комплекса вакансия – кислород. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 1, 102-110. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2021-1-102-110
Выпуск
№ 1 (2021): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Физика и техника полупроводников

Copyright (c) 2021 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).