Transition-Metal Defects in Silicon: New Insights from Photoluminescence Studies of Highly Enriched 28Si

خواص اساسی مراکز درخشندگی عمیق در Si مرتبط با فلزات واسطه مانند مس، نقره، طلا و پلاتین برای دهه‌ها کانون توجه بوده است، هم به عنوان نشانگر این آلاینده‌های مضر و هم در جستجوی کارآمد. انتشار نور مبتنی بر Si

این پایان‌نامه نتایج مطالعات فوتولومینسانس با وضوح فوق‌العاده بالا در این مراکز را در نمونه‌های 28-Si با غنای بالا ارائه می‌کند. وضوح طیفی بسیار بهبود یافته به دلیل این غنی سازی منجر به کشف اثر انگشت ایزوتوپی شد. این اثر انگشت ها نشان می دهد که اجزای تشکیل دهنده جزئیات تمام مراکزی که قبلاً مورد مطالعه قرار گرفته بودند، به درستی شناسایی شده بودند. آنها همچنین وجود چندین خانواده مختلف از مجتمع‌های ناخالصی حاوی چهار یا پنج اتم انتخاب شده از Li، Cu، Ag، Au و Pt را آشکار کردند. اجزای تشکیل دهنده این مراکز، همراه با انرژی های گذار بدون فونون، تغییر ایزوتوپ های بدون فونون، انرژی های حالت ارتعاشی محلی، و تغییر ایزوتوپی انرژی های حالت ارتعاشی محلی تعیین شده اند. داده‌های ارائه‌شده در اینجا برای این مراکز باید برای توضیحات نظری که در حال حاضر به دنبال شکل‌گیری، پایداری و ویژگی‌های آنها هستند، مفید باشد.

The fundamental properties of deep luminescence centres in Si associated with transition metals such as Cu, Ag, Au, and Pt have been a focus of interest for decades, both as markers for these deleterious contaminants, and also in the quest for efficient Si-based light emission.

This dissertation presents the results of ultra-high resolution photoluminescence studies of these centres in specially prepared, highly enriched 28-Si samples. The greatly improved spectral resolution due to this enrichment led to the discovery of isotopic fingerprints. These fingerprints have revealed that the detailed constituents of all of the centres previously studied had been identified incorrectly. They also revealed the existence of several different families of impurity complexes containing either four or five atoms chosen from Li, Cu, Ag, Au, and Pt. These centres’ constituents have been determined, together with no-phonon transition energies, no-phonon isotope shifts, local vibrational mode energies, and the isotope shifts of the local vibrational mode energies. The data presented here for these centres should prove useful for the currently sought theoretical explanations of their formation, stability, and properties.