Локальные колебательные моды вакансионно-кислородных комплексов в кристаллическом кремнии при комнатной температуре

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. В настоящей работе предпринята попытка определить положение локальных колебательных мод (ЛКМ), обусловленных квазимолекулами 28Si-16OS29Si и 28Si-16OS30Si (OS – атом кислорода в узле решетки), для спектров поглощения, измеренных при комнатной температуре. Проведена оценка изотопических сдвигов соответствующих мод путем подгонки формы полосы поглощения для комплекса вакансия–кислород (А-центр) в облученных кристаллах Si. Изотопические сдвиги ЛКМ равны 2,2 ± 0,25 см–1 для 28Si-16OS29Si и 4,3 ± 0,9 см–1 для 28Si-16OS30Si по отношению к полосе 28Si-16OS28Si, а полуширина полосы поглощения А-центра (28Si-16OS28Si) составляет 5,3 ± 0,25 см–1. Методом ИК-спектроскопии установлено, что в температурном интервале отжига дивакансий (200–275 ºС) в облученных кислородсодержащих кристаллах кремния имеет место формирование двух полос поглощения с максимумами у 825,8 и 839,2 см–1. Комплексу дивакансия–кислород V2O, образующемуся путем захвата подвижных V2 междоузельными атомами кислорода Oi , приписана полоса у 825,8 см–1. Относительная интенсивность полосы у 839,2 см–1 существенно увеличивается в образцах, облученных нейтронами, по сравнению с образцами, облученными электронами. Сделано заключение, что эта полоса связана с комплексом тривакансия–кислород V3O, образующимся путем захвата подвижных V3 атомами Oi .

локальные колебательные моды, кремний, ИК-поглощение, изотопический сдвиг, изотопный состав

1. Oxygen defect processes in silicon and silicon germanium / A. Chroneos [et al.] // Appl. Phys. Rev. – 2015. – Vol. 2. – P. 021306 (1–15). https://doi.org/10.1063/1.4922251

2. Pajot B., Clerjaud B. Optical absorption of impurities and defects in semiconducting crystal: Defect engineering in Czochralski silicon by electron irradiation at different temperatures / J. L. Lindstrom [et al.] // Nucl. Inst. Methods Phys. Res. B. – 2002. – Vol. 186, № 1/4. – P. 121–125. https://doi.org/10.1016/s0168-583x(01)00871-0

3. Optical Absorption of Impurities and Defects in Semiconducting Crystal: Electronic Absorption of Deep Centres and Vibrational Spectra. – Berlin; Heidelberg: Springer, 2013. – 463 p.

4. Thermal double donor annihilation and oxygen precipitation at around 650 °C in Czochralski-grown Si: local vibrational mode studies / L. I. Murin [et al.] // J. Phys.: Condens. Matter. – 2005. – Vol. 17, № 22. – P. S2237–S2246. https://doi. org/10.1088/0953-8984/17/22/011

5. Коршунов, Ф. П. Радиационная технология изготовления мощных полупроводниковых приборов / Ф. П. Коршунов, Ю. В. Богатырев // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2008. – № 4. – С. 106–114.

6. Толкачева, Е. А. Оптические свойства и механизм образования вакансионно-кислородных комплексов V2O2 и V3O2 в облученных кристаллах кремния / Е. А. Толкачева, В. П. Маркевич, Л. И. Мурин // Физика и техника полупроводников. – 2018. – Т. 52, №. 9. – С. 973–979.

7. Толкачева, Е. А. Влияние изотопного состава природного кремния на локальные колебательные моды вакансионно-кислородных комплексов / Е. А. Толкачева, Л. И. Мурин // Журн. приклад. спектроскопии. – 2013. – Т. 80, № 4. – С. 586–590.

8. Londos, C. A. IR studies of oxygen-vacancy related defects in irradiated silicon / C. A. Londos, L. G. Fytros, G. J. Georgiou // Defect and Diffusion Forum. – 1999. – Vol. 171/172. – P. 1–32. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ ddf.171-172.1

9. Pajot, B. Optical absorption of impurities and defects in semiconducting crystal: I / B. Pajot. – Berlin; Springer: Hydrogen-like centres, 2010. – 470 p.

10. The trivacancy and trivacancy-oxygen family of defects in silicon / V. P. Markevich [et al.] // Solid State Phenom. – 2014. – Vol. 205/206. – P. 181–190. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.205-206.181