mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2012-4-4-8mateltech-48Research ArticleМатериаловедение и технология. ПолупроводникиMATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY. SEMICONDUCTORSИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ В СПЕКТРАХ ИК–ПОГЛОЩЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ПРИМЕСЕЙ В КРЕМНИИ–28, 29 И 30 С ВЫСОКИМ ИЗОТОПНЫМ ОБОГАЩЕНИЕМIsotopic Effects in Spectra of Electrically Active Impurities in Silicon−28, 29 and 30 with High Isotopic EnrichmentКотереваТ. В.KoterevaV. T.

кандидат хим. наук, научный сотрудник, Институт химии высокочистых веществ им. Г. Г. Девятых РАН, 603095, г. Н. Новгород, ул. Тропинина, д. 49

kotereva@ihps.nnov.ruГусевА. В.GusevA. V.

доктор хим. наук, зав. лабораторией, Институт химии высокочистых веществ им. Г. Г. ДевятыхРАН, 603095, г. Нижний Новгород, ул. Тропинина, д. 49

gusev@ihps.nnov.ruГавваВ. А.GavvaV. A.

кандидат хим. наук, вед. научный сотрудник, Институт химии высокочистых веществим. Г. Г. Девятых РАН, 603095, г. Н. Новгород, ул. Тропинина, д. 49

gavva@ihps.nnov.ruКозыревЕ. А.KozyrevE. A.

аспирант, Институт химии высокочистых веществ им. Г. Г. Девятых РАН, 603095, г. Н. Новго-род, ул. Тропинина, д. 49

kozyrev@ihps.nnov.ruИнститут химии высокочистых веществ им. Г. Г. Девятых РАНРоссияG. G. Devyatykh Institute of Chemistry of High−Purity Substances of the Russian Academy of Sciences, Nizhny NovgorodRussian Federation2012150320150448Copyright © Котерева Т.В., Гусев А.В., Гавва В.А., Козырев Е.А., 20152015Котерева Т.В., Гусев А.В., Гавва В.А., Козырев Е.А.Kotereva V.T., Gusev A.V., Gavva V.A., Kozyrev E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/48

Представлены результаты исследования спектров ИК−поглощения мелких доноров и акцепторов в высокочистых монокристаллах стабильных изотопов кремния 28Si(99,99%), 29Si(99,92%) и 30Si(99,97%), выращенных методом бестигельной зонной плавки. Определено содержание остаточных примесей бора, фосфора и мышьяка в исследуемых монокристаллах с пределом обнаружения 1 · 1012, 4 · 1011 и 1 · 1012 ат/см3 соответственно. Результаты ИК спектроскопического определения содержания мелких доноров и акцепторов хорошо согласуются с данными о концентрации свободных носителей заряда, полученными из измерений эффекта Холла. Изучены параметры линий поглощения примесей бора и фосфора в ионокристаллах изотопов кремния. Показано, что изменение изотопного состава кремния приводит к сдвигу энергетического спектра мелких примесных центров в область высоких энергий с ростом атомной массы изотопа.

Results are reported on an investigation of IR−absorption spectra of shallow donors and acceptors in high−purity single crystals of stable 28Si(99.99%), 29Si(99.92%) and 30Si(99,97%) silicon isotopes grown by zone melting. The content of residual boron, phosphorus and arsenic impurities Nhas been determined in the single crystals with a detection limit of 1 · 1012 at./cm3, 4 · 1011 at./cm3 and 1 · 1012 at./cm3, respectively. IR−spectroscopy results on the content of shallow donors and acceptors are in a good agreement with the data on concentration of uncompensated charge carriers obtained by Hall measurements. The parameters of absorption lines for the boron and phosphorus impurities in the single crystals of silicon isotopes have been studied. We show that a change in the isotopic composition of silicon leads to a shift in the energy spectrum of shallow impurity centers towards the high−energy range with an increase in the atomic mass of the isotope.

кремнийстабильные изотопымонокристаллыспектры ИК−поглощенияэлектроактивные примесиsiliconstable isotopessingle crystalsIR− absorption spectraelectro−active impuritiesReferencesДевятых, Г. Г. Высокочистый монокристаллический моноизотопный кремний−28 для уточнения числа Авогадро / Г. Г. Девятых, А. Д. Буланов, А. В. Гусев, И. Д. Ковалев, В. А. Крылов, А. М. Потапов, П. Г. Сенников, С. А. Адамчик, В. А. Гавва, А. П. Котков, М. Ф. Чурбанов, Е. М. Дианов, А. К. Калитеевский, О. Н. Годисов, Х.−Й. Поль, П. Беккер, Х. Риман, Н. В. Абросимов // ДАН. − 2008. − Т. 421, № 1. − С. 61—64.Девятых, Г. Г. Высокочистый монокристаллический моноизотопный кремний−28 для уточнения числа Авогадро / Г. Г. Девятых, А. Д. Буланов, А. В. Гусев, И. Д. Ковалев, В. А. Крылов, А. М. Потапов, П. Г. Сенников, С. А. Адамчик, В. А. Гавва, А. П. Котков, М. Ф. Чурбанов, Е. М. Дианов, А. К. Калитеевский, О. Н. Годисов, Х.−Й. Поль, П. Беккер, Х. Риман, Н. В. Абросимов // ДАН. − 2008. − Т. 421, № 1. − С. 61—64.Гусев, А. В. Получение монокристаллического моноизотопного кремния−29 / А. В. Гусев, В. А. Гавва, Е. А. Козырев, А. М. Потапов, В. Г. Плотниченко //Неорган. материалы. − 2011. − Т. 47, № 7. − С. 773—776.Гусев, А. В. Получение монокристаллического моноизотопного кремния−29 / А. В. Гусев, В. А. Гавва, Е. А. Козырев, А. М. Потапов, В. Г. Плотниченко //Неорган. материалы. − 2011. − Т. 47, № 7. − С. 773—776.Cardona, M. Isotope effects on the optical spectra of semiconductors / M. Cardona, M. L. Thewalt // Rev. of Modern Phys. − 2005. − N 77. − P. 1173—1224.Cardona, M. Isotope effects on the optical spectra of semiconductors / M. Cardona, M. L. Thewalt // Rev. of Modern Phys. − 2005. − N 77. − P. 1173—1224.Karaiskaj, D. Dependence of the ionization energy of shallow donors and acceptors in silicon on the host isotopic mass / D. Karaiskaj, T. A. Meyer, M. L. W. Thewalt, M. Cardona // Phys. Rev. B. − 2003. − V. 68, N 7. − P. 121201−1−4.Karaiskaj, D. Dependence of the ionization energy of shallow donors and acceptors in silicon on the host isotopic mass / D. Karaiskaj, T. A. Meyer, M. L. W. Thewalt, M. Cardona // Phys. Rev. B. − 2003. − V. 68, N 7. − P. 121201−1−4.Steger, M. Shallow impurity absorption spectroscopy in isotopically enriched silicon / M. Steger, A. Yang, D. Karaiskaj, M. L. W. Thewalt, E. E. Haller, J. W. Ager III, M. Cardona, H. Riemann, N. V. Abrosimov, A. V. Gusev, A. D. Bulanov, A. K. Kaliteevskii, O. N. Godisov, P. Becker, H.−J. Pohl. // Ibid. − 2009. − V. 79. − P. 205210− 1−7.Steger, M. Shallow impurity absorption spectroscopy in isotopically enriched silicon / M. Steger, A. Yang, D. Karaiskaj, M. L. W. Thewalt, E. E. Haller, J. W. Ager III, M. Cardona, H. Riemann, N. V. Abrosimov, A. V. Gusev, A. D. Bulanov, A. K. Kaliteevskii, O. N. Godisov, P. Becker, H.−J. Pohl. // Ibid. − 2009. − V. 79. − P. 205210− 1−7.Ковалев, И. Д. Измерение изотопного состава изотопно-обогащенного кремния и его летучих соединений методом лазерной масс−спектрометрии / И. Д. Ковалев, А. М. Потапов, А. Д. Буланов // Масс−спектрометрия. − 2004. − Т. 1, № 1. − С. 37—44.Ковалев, И. Д. Измерение изотопного состава изотопно-обогащенного кремния и его летучих соединений методом лазерной масс−спектрометрии / И. Д. Ковалев, А. М. Потапов, А. Д. Буланов // Масс−спектрометрия. − 2004. − Т. 1, № 1. − С. 37—44.Baber, S. Ch. Net and total shallow impurity analysis of silicon by low temperature fourier transform infrared spectroscopy / S. Ch. Baber // Thin solid films. − 1980. − V. 72, Iss. 1. − P. 201—210.Baber, S. Ch. Net and total shallow impurity analysis of silicon by low temperature fourier transform infrared spectroscopy / S. Ch. Baber // Thin solid films. − 1980. − V. 72, Iss. 1. − P. 201—210.Kolbesen, B. O. Simultaneous determination of the total content of boron and phosphorus in high−resistivity silicon by IR spectroscopy at low temperature / B. O. Kolbesen // Appl. Phys. Lett. − 1975. − V. 27. − P. 353—355.Kolbesen, B. O. Simultaneous determination of the total content of boron and phosphorus in high−resistivity silicon by IR spectroscopy at low temperature / B. O. Kolbesen // Appl. Phys. Lett. − 1975. − V. 27. − P. 353—355.Lewis, R. A. Spectroscopic and piezospectroscopic studies of the energy states of boron in silicon / R. A. Lewis, P. Fisher, N. A. McLean // Australian J. Physics. − 1994. − V. 47. − P. 329—360.Lewis, R. A. Spectroscopic and piezospectroscopic studies of the energy states of boron in silicon / R. A. Lewis, P. Fisher, N. A. McLean // Australian J. Physics. − 1994. − V. 47. − P. 329—360.Zakel, S. Infrared spectrometric measurement of impurities in highly enriched `Si28` / S. Zakel, S. Wundrack, H. Niemann, O. Rienitz, D. Schiel // Metrologia. − 2011. − V. 48. − P. 14—19.Zakel, S. Infrared spectrometric measurement of impurities in highly enriched `Si28` / S. Zakel, S. Wundrack, H. Niemann, O. Rienitz, D. Schiel // Metrologia. − 2011. − V. 48. − P. 14—19.ASTM Designation: F 1630−00 Standard test method for low temperature FT−IR analysis of single crystal silicon for III−V impurities. − P. 1—7.ASTM Designation: F 1630−00 Standard test method for low temperature FT−IR analysis of single crystal silicon for III−V impurities. − P. 1—7.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.