Những chuyển dời cấm trong phổ EPR của cặp ( fe+b ) trong silic

'I ẠP C.HÍ KHOA HỌC. - :\-\"h7 NHỮNG CHUYỀN DỜÍ ((CẤM)) TI>ONG PHÒ EPR CỦA CẶP (Fe+ B-)° TRONG SILIC II'ỏ Siuiq 1. \ i ở đ ồu : I) > có (lộ linh dộn^ và nòn^ dỏ cao, nẻn sắt là một nguyên tố tlnrởng cỏ mật trong các V u liệu bốn dan đặc biệt trong dơn tinh the Si lie. Trong Silic, sát ciiiCm vị * rí giữa nút mạng vả hoạt động như tạp chất Donor. Nòng cỉộ của nó có íh : đạt dược lĩ X 10l6 Iìg tử/em3. Do năng lượng di độrg của DÓ đủ nhỏ (0,69 eY1) nen sát dễ dàng tương lảc với nhau hoặc với các ngm ên íừ Acceptor cỏ mạt (rong linh the đờ lạo thinh các cluster của sắt hoặc các complex sắt — Acceptor 1' vo phàn ứng Si) 11 (laV : Fe° Fe+ + e- B° B~ + p+ (Fe+ B-)° 4- (p+e“ ) Liên kết giữa S;»( và cát* Acceptor trong.các cặp này là lién ke ỉ lon néiầ nó khòn^ bin và de dang bị phá vờ bởi nhiệt độ. Hên canh cặp Sắt — Acceptor eon có cặp (p+ e~). Vì vậy sự tạo cập dần đẽn lù ill giíiin độ linh động cùa hạt íải diện vồ do đó làm giảm độ dan cua cỉơn tinh the Si lie. SAt (rong Silie rát hoạt động ve phương diện (iiộn, các Irạn^ thái điện ỉich của Í1Ỏ có the thay d( i từ mau này sang Iìiiìu khác tùy iíiuộe chế độ xử lý mẫu và nhiệt độ. Các inửc Iiăng lirợng ( ủa 11Ỏ đà được xác định hải các phép đo DLTS chứng tỏ rằng mức Kc— 0,5 , eV *ư(/íig ứntf vơi cặị) (Fo+B~)®. Ngoài ra còn nhiêu mức khác nữa tưưng ứng với sat. Cáu Irúe diện íử của nhi’ 11 cặp giữa kiiii loại chuyên dời nỉur (Cr, Mn, F(‘)* với các acceptor như (Bt AI, Ga. Zn, In, Au và Ft) clâ Jirọcm ôtă Irung cỏnglrìnii rát cỏ dọng của Ludwig và Wood bury,J; Tat cả các cặp này (trừ cặp Fein) nhậu hướng [111J iain trục của cặp và riêng cặp Fein thì nhận hướng [001]. Ti ongcác cặp này, các lon kim loại chuyồu dời cỏ cáu trúc cỉiộn tử tirơng tự như ( ủa các lon cô lập. i'rong khi đỏ các Ion acceptor lại cỏ vỏ k:n điộn tử. Tác dụng chính của lon acceptor là chỉ iàm biến dụng klìông gian lạp phương bao quanh lon kim loại. Vì vộy các sổ hạng lrori|4 toán lử Spin — Hamilton là kỉìông lập phirơng, (lièu nãy phồn ảnh tính phức tạp của phô EPK của các cặp này. Phv) KPR của cặp ('Fe+B“")° đuợc nghiên cửu bởi nhicu lác giả [2, 3. •!]. Pho của cạp này bao gồm 3 đường cáu trúc linh vi [3] lương ứng vói hỗn !rục tương [111], khi từ trưVng H nằm trong mạt phẳug [110]. Cúc (1ưừr,fỊ cẩu ỉrúc tinh vi có sự phụ Ihuộc gỏc rẫl mạnh. Khi gỏc 0 f).r)° thì câ 3 (Iưòng này trùng khít với nhau. [3]. Cặp (FcB) có J = 3/2 nhung lại cỏ hảng số lách plìồ khi không cỏ từ trường ngoài rat lớn 2D ;> hv2(v: tăn só sóng siêu cao tan) cho nên Ciỉ 3 TC chuvền dỏri giữa các mức M -Ị- 1/2 lồ được quan sát. Trong (rường hơp đơn giản các đường Cíĩu trúc tinh vi bị phàn tảch thành (2Í2+1) (2Ia+ 1) thành plvàn cẫu trúc tinh ví. Dối với Fe57(I = 1/2) đối với B (I = 3/2). Dạng của cău trúc siêu tinh vi phụ thuộc rãt nhiều vào giá trị D2. 2. Phưorng pháp thực nghiệm : Các rafiu được dùng trong nghiên cửu là S'lic loại p pha tạp Bor vái điện trỏrsuẫt từ 1, 1.5 đín 2Qcm. Kích thirớc mẫu 2x3x20m itì3. Sất được khuyếch 1ÍIĨ1 và > tĩnh thề theo hai cách : trực ti ép và ngàu nhiên. Cách trực tiếp là cho sắt plia lêa bỉ mặt mẫu ở trơQg chân không sau đỏ nung nóng đến nhiệt độ ll 5 f)0C d rỏri luồng hơi Argon Iroig khoảng ihời gian 4 giờ và làm lạnh đột ngột đến nhiệt độ Nitơ lỏng. Lớp Si02 và các tạp chát khác ở bẽ mặt đirợc làm sạch nhờ hổn hựp Axit HN03: HF với tĩ lệ 3: 1 trong thời gian 4 phúf. Cách thứ hai cflng tiến hành tương tự như trèn chĩ khác là không cbo sắt phủ lên miìt mẫu. Phồ EPR được ghi trên máy trong đỏi X. Từ trường H nằm trong mặt phằag [110] của mẫu* Cốc phép đo được tiến hành ờ nhiệt độ thăp ơ trên các mẫu với các loại điện trỏr suất từ 1, 1,5 đến 2Qem. Trên máy Varian 20 của Phòng thí nghiệm Cộng hưỏrng từ, trường Đại học iòĩìỊ hợp Karl-Marx Leipzip, (CHDC Đức). 3. Két quà : Troog tăl cả các mẫu đầu quan sát được các đường phô cùa Fe°, Fe+ và cặp (7d3). Các đtrờng phồ của Fe° và Fe+là đòagnhát và khổng có sự p'iụ thuộc góc. Cưỏrng độ của các điĩờngnày là đà niạnh và thay đồi khi điện trơ suit cảa mẫu khác nhau. Cường (tộ phồ của Fe° mạnh nhát or m 111 có điện trở m ất lớn trong khi cirờag độ của Fe4- minh nhĩt khi điộn trở suit của mẫu nhỏ. Phô EPR của Fj+chĩ cỏ mộtđuờiig b tiig = 3.534 [2, 3j và không quansát tháy cíu trác siéu tinh vi. Điều đó chứng tỏ rằng nòng độ của đòng vị Fe57 rát ít troag cảc mẫu đu được Iighién cứu. Sau thời gian 1 ngày giữ mẫu ở nhiệt độ phòng, cường độ của phố của cốc lon lắt cò lập Fe+ và Fe° giảm xuSng rõ rệt trong khi đó phô của (FeB) lậi tàn Ị lỗn. Sau khoảng thời gian 3 ngàv phò cua Fe° và Fe+ hoàn loàn biến mẵt còn phố của (FeB) tăngiên hệ sỗ 3 và gỉữòn định đến nbừng lân đo Sfìu. cả ba đường cáu trúc tinh vi của cặp (FeB) đỗu có s r phụ thuộc góc và đều bị phftn tích thành 10 đường cấu trúr tinh vi. Các đưởn^này cỏ biên đ<*> rătlớn Yà tó sự phụ thuộc góc r'} rệí. 1 lình vè 1 là ptỉô cỗu trúc siêu tinh vi của 3 đường này. Phò n£y ghi đưạo <v nhiệt độ 18,h K ờ lăn số V = 9,12 GIIz. Khi góc giữa cường độ từ trường H và trục của cặp (Hirớng 111) bằng 60° vời biên độ biển điệu và công suit sóng siêu Nếu mỏ rộnjí giới hạn đo thi cà ba -lường cấu Irúc tinh vi nói trên (lỉu bi phân tách thành 10 d.mng cẫu trúc siêu tinh vi. Hình 2 ghi phồ của các đữơno này tương ứng với hưởng của tử trường theo các trục tinh the. -A X. ị ( I Hình 2. Phô cíu trúc siêu tinh vi của cập (FeB) trong Si khi H^[100J Sự phụ thuộc góc cùa c4c đtrờng cíu trức siêu tính vi nói trên mò ih ò hinh 3 Hình 3. Sự phụ thuộc góc cùa các đường*HFS 4. Phân tích két quả.' Từ phô EPR đã quan sát tháy ngay rằng có 4 iĩưừng có biên độ iớn rõ rệt ỏ tất cả eác góc 9 khác nhau. Các đường này chỉnh là chuyễnđừi tương đương ▼ ởi Z\M = + 1 va = 0(M số lượng tử từ điện tử, m là s6 lượng tử từ hạt nbân). N guyên nhản của nó là do tưư n g tác siêu tinh vi của các điện tử không tạo căp (spin bằng 3/2) với mômen *pin nhân của đồng Tị BU(I = 3/2). 35 I’lio 1,'ấ'i trú: sicII linh vi viVi spin nhà') ríìa Fe-’7 J;Sông được quan sóI do pong *) cua nó q ' 1 'i ít như đã nói ờ irỏn. (T cụp (Fe+ B~)° híiriỊị s ố tách phô không co từ I. rn< n '’oil n là rá! ! >a (‘2 D » h v )2, iir.ng í hởi l.ìt.iỊí sỏ siêu tinh TÍ khòng dồn* nhít cào nên phô năng lưựng tưưng ung VỚI ch uy c II dời nà 3' cỏ dạng lát phức tạ.) vửi các sổ hạng khỏuịỊ rheo đan«< (S^S+Í (S_l+) (SZS_) (S+I_) lim xuất hiện niìữn** chuyòn đ Vi cám tươug ứ ngvởidạa^ (A M = 1. A m = ri: 1' ± "••■) f3]' ( i c' nvon ‘lòi được phép (Am = il) lau eiuivền đoi kbỏng dược phép(A 111 — 1 . ■> ) <] .ị (ó sự phụ thuộc £•'>(? rất rõ rệt. Sir phụ tlr.iAc goc này không những đ rạc phản ảnh hời TỊ tri của chủng trong ỉử trường ma ea ử biên độ cùacìiúag nữa. Khi \ \ / [ ill] bi u đò của cóc . huy'n (ỉn o?ín> và chuyon dời lỉuợc phép có <»iá trị nhỏ nhít. íiiá trị l) lớn lới mức lý thuvế nhiẽu loạn chì được áp dụng (1)1 với một SJ góc mà cỏ sin 2 0 đù nhỏ. Vớicàc góc 0 trong khoảng từ 18-76°. biên độ oỉm các chuyền dời cám cỏ giả trị găn bằng bièn độ của chuyền dời diiợo phép. Vi vậy việc tinh toán chính xác cáo mức nang lượng chỉ có thề nhờ máy lính đ :ện tử. \ TẢI LIỆU 111 AM KHẢO 1 K. Graff and II I’kper J. Electrochem. Soc 128, 669 (1981) ‘1. G. \v. Ludwig an I Woodbury, Solid slate Phys. 13, 223 (1962) ‘3 A Abragam and B. Hie UK'V FJectron Paramagnetic Resonance of I ransition Ions — Clarendon Press Oxford 1U70 Xo lily Hr 3 AnPEIHEHHIJE CBfiPXTOHKHE riEPEXOm B CnEKTPE EUP (r, - B) - nA PU B KPEMHMH PacMOTP Hhl ACCÍITb .HIHỈÚÌ cacpXTOHKOfi cTpy KTypbỉ o6yc.1 OB/1 cnHblX ?an- po.mcH.mMn nepexoAaM:, (AM = l,A»n = 0. ± 1, ± 2 ) Bbi3b.BaHb.MH 6o?OM. HaCmiOAena noJinan yr;iOBan 3a6iicuMOCTh 9 THX CBCPXTOIIKIIX paciuciMCunii. Ho Sling FOIUMDDEX n .TERI'WC T ;t\\S lT IO \ IN KPR - SPiir.TRl’M OF (Fe! ) - "AIR IX SILICON •jV:: lines of the hyporl'jnc s'm du : winch Iir • cruised by torbi hi on t!. nsi- j(>!, I ' '1 : ! a • I • 2) to i))!'()') \v•• 'C observed. I liv. rompJc e aiHCỉtai-dapJii.leiuH- 'ft, sc iiyporPno -;>litUtụ,s was -mvtsired. Bộ nìòu VAt lý chat IMỈ1 Tn;or;a IVi bọc 'Tồn? ỉu/p ỉi ' n)i v bf>ri b-ú ngày 1-10-1986 . :-"h7 NHỮNG CHUYỀN DỜÍ (( CẤM )) TI>ONG PHÒ EPR CỦA CẶP (Fe+ B -) TRONG SILIC II'ỏ Siuiq 1. i ở đ ồu : I) > có (lộ linh dộn^ và nòn^ dỏ cao, nẻn sắt là một nguyên tố tlnrởng cỏ mật trong. eV * (/ íig ứntf vơi cặ ) (Fo+B ~) . Ngoài ra còn nhiêu mức khác nữa tưưng ứng với sat. Cáu Irúe diện íử của nhi’ 11 cặp giữa kiiii loại chuyên dời nỉur (Cr, Mn, F( )* với các acceptor như (Bt. kỉìông lập phirơng, (lièu nãy phồn ảnh tính phức tạp của phô EPK của các cặp này. Phv) KPR của cặp (& apos ;Fe+B " ;) đuợc nghiên cửu bởi nhicu lác giả [2, 3. •!]. Pho của cạp này bao gồm