Изотопы кремния

ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА СТАБИЛЬНЫХ ИЗОТОПОВ КРЕМНИЯ ВЫСОКОЙ ХИМИЧЕСКОЙ И

ИЗОТОПНОЙ ЧИСТОТЫ А.В.Гусев, В.А.Гавва, А.М.Гибин Институт химии высокочистых веществ РАН г. Нижний Новгород gusev@ihps.nnov.ru.

Схема получения моноизотопного кремния

Выращивание монокристаллов

Получение поликристалличес-кого кремния

Синтез и глубокая очистка силана

Разделение изотопов кремния

Синтез и очистка исходных летучих соединений

Изотопное разбавление при выращивании монокристалла из кварцевого

тигля.

О2

SiH4 + H2

Горелка

Защитное покрытие

Тигель

Получение стержня-подложки из моноизотопного кремния

Изготовление монокристаллической затравки

U

Зонноочищенный кремний

Поликристалл моноизотопного кремния

Монокристалл природного кремния

Распределение концентрации изотопов по длине затравки

C(L)=Ci -(Ci - C0) e-L/U

28Si

29Si, 30Si

___ - Расчет

Распределение изотопа кремния-29 по длине затравки

- Эксперимент

29Si (99,92%)

Монокристаллы стабильных изотопов кремния

28Si (99,99%)

30Si (99,97%)

Содержание газообразующих примесей (C,О) <1.1016 см-3 Удельное электросопротивление (300 К) - 100-200 ом*см

Примесный состав монокристаллического моноизотопного кремния

Изотопный состав моносилана и полученного из него поли- и

монокристаллического кремния-29.

Спектры комбинационного рассеяния изотопнообогащенного кремния

w = AM -1/2 - B/ M

Зависимость положения максимума полосы комбинационного рассеяния от

атомной массы.

? = 2758 * M-1/2

Теплоемкость изотопнообогащенного кремния Si-28, Si-29, Si-30

(1)

(2)

28Si: ?D = 641?2 K 29Si: ?D = 627?2 K 30Si: ?D = 616?3 K

Измерения проведены совместно с Институтом исследований твердого тела общества Макса Планка (Штутгарт, Германия)

Теплопроводность изотопнообогащенного кремния-28

Измерения проведены совместно с РНЦ «Курчатовский институт»

Теплопроводность изотопнообогащенного кремния-28 в интервале 50-300К

Зависимость ширины запрещенной зоны кремния от атомной массы

Перспективы применения моноизотопного кремния

Создание эталонов свойств и физических постоянных Изотопные сверхрешетки, элементы наноэлектроники Детекторы ионизирующих излучений - с высокой радиационной стойкостью - высокого временного и энергетического разрешения Монохроматоры рентгеновского излучения Рефлекторы для рентгеновских лазеров Квантовые компьютеры

Благодарю за внимание

Схема получения высокочистых моноизотопных силанов

Изотопный состав силанов

Содержание примесей в очищенном силане

Синтез тетрафторида кремния 500-600?С Na2SiF6(тв) ? 2NaF(тв) + SiF4(г)

Центробежное разделение 28SiF4, 29SiF4, 30SiF4

Синтез 28SiH4, 29SiH4, 30SiH4 SiF4(г) + 2CaH2(тв.) ? SiH4(г) + 2CaF2(тв.)

Очистка 28SiH4, 29SiH4, 30SiH4 от фторсодержащих примесей

Глубокая очистка 28SiH4, 29SiH4, 30SiH4 1. Криофильтрация 2. Низкотемпературная ректификация