Исследование особенностей тонкой структуры мелкого донорного центра лития в моноизотопном кремнии

• Автор: Попков, Сергей Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 136 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Обзор литературы

Мелкие и глубокие примесные центры в кремнии

1.1 Волновая функция мелкого донорного центра

1.2. Донорные состояния под действием внешних и внутренних полей

1.3. Глубокие доноры как тензочувствительные центры в кремнии

1.4 Изотопические эффекты в спектроскопии электронного

парамагнитного резонанса

2. Методика эксперимента

2.1. Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса

2.2. Техника эксперимента 5
2.3. Характеристика исследованных образцов
2.4. Моделирование угловых зависимостей спектров с использованием полной матрицы спинового гамильтониана
2.5. Выводы к главе 2
3. Исследование орбитально-вырожденных электронных состояний мелкого донорного центра лития в изотопно-обогащенном кремнии
3.1. ЭПР спектроскопия центров 1л и 1лО в кремнии
3.2. Расчет угловых зависимостей спектров в приближении второго порядка теории возмущения
3.3. Расчет угловых зависимостей спектров с использованием полной матрицы спинового гамильтониана
3.4. Выводы к главе 3
4. Исследование вклада упругих полей в ширину линии донорного центра в кремнии
4.1. ЭПР спектроскопия центра Ре в кремнии, чувствительного к малым деформациям кристалла, связанными с упругими полями дефектов
4.2. Ширина линии ЭПР как функция распределения деформаций в кристалле
4.3. Выводы к главе 4
Заключение
Литература

Введение
Актуальность темы
В последние годы кремний - ключевой материал микро- и наноэлектроники - привлекает внимание еще и как перспективный элемент для создания приборов на спиновых эффектах за счет слабого в сравнении с типичными прямозонными полупроводниками спин-орбитального взаимодействия, больших времен спиновой релаксации и длин спиновой диффузии электронов проводимости [1]. Изотопически обогащенные кристаллы кремния являются объектами фундаментальных и прикладных исследований, направленных на глубокое понимание физических эффектов, определяемых различными примесными центрами и дефектами в кристаллической матрице полупроводника. Примесные центры -неотъемлемые структурные элементы реальных полупроводниковых материалов [2]. Являясь объектами наноскопического уровня, примеси определяют, в конечном счете, основные макроскопические свойства полупроводников: электро- и теплопроводность, оптические и магнитные свойства.
Неугасающий интерес к исследованию дефектных центров определяется разнообразием систем, уникальность которых ведет к развитию целого спектра прикладных направлений, тем самым, предваряя обширное поле деятельности квантовой физики. В кремнии, несмотря на большую по сравнению с А3В5 изученность дефектов, еще остается много нерешенных задач в исследованиях электронной структуры как глубоких, так и мелких центров. Уникальные свойства системы, помимо особенностей примесных центров, определяются также и матрицей полупроводника. Хорошо известно, что природный кремний (81) содержит три стабильных изотопа: 28Б1 92.23%, 2981 4.67%, ,081 3.10%. Случайное распределение изотопов, как по массе, так и по магнитному моменту, приводит к заметным локальным изменениям параметров твердых тел: энергий фононов, ширины запрещенной зоны [3-5] и, как следствие, к неоднородному уширению линий в спектрах электронного
Рис. 1.9 Схематическое построение первой производной линии поглощения спектра ЭПР, включающая в себя широкую линии (N0), центральную линию двухквантового перехода (00) и инверсную линия (114)
(а) Широкая линия спектра (N0). Принципиальной особенностью спектра является широкая линия, около 40 Гс в ширину (рис. 1.9), которая характерна
для неоднородно уширенных переходов Мх = 1 —><—0 и М3 = 0 —><-----------1.
Это уширение обусловлено случайными напряжениями в кристалле, следовательно, в спиновом гамильтониане к зеемановскому члену £рНБ-

добавляется поправочный член первого порядка е(5 - —).
Значение параметра деформации е изменяется в зависимости от положения Мг*, следовательно, функция распределения Де) может быть определена так, что изменение Де)де есть вероятность того, что параметр е принимает значения от е до е+с/е соответствующего положения. Таким образом, для конкретного значения е переходы М,. = 1 —»<— 0 и

Соответствуют интервалу полей от Н-Н0 до