ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ В СПЕКТРАХ ИК–ПОГЛОЩЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ПРИМЕСЕЙ В КРЕМНИИ–28, 29 И 30 С ВЫСОКИМ ИЗОТОПНЫМ ОБОГАЩЕНИЕМ

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.