Презентация на тему Схема получения моноизотопного 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

Синтез и очистка исходных летучих соединений

Разделение изотопов кремния

Синтез и глубокая очистка силана

Получение поликристалличес-кого кремния

Выращивание монокристаллов

Изотопное разбавление при выращивании монокристалла из кварцевого тигля

тигель

горелка

SiH4 + H2

О2

Защитное покрытие

Получение стержня-подложки из моноизотопного кремния

Изготовление монокристаллической затравки

Зонноочищенный кремний

Монокристалл природного кремния

Поликристалл моноизотопного кремния

U

Распределение концентрации изотопов по длине затравки

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

29Si, 30Si

28Si

Распределение изотопа кремния-29 по длине затравки

___ - расчет

- эксперимент

Монокристаллы стабильных изотопов кремния

28Si (99,99%)

29Si (99,92%)

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

ω = ΑΜ −1/2 − Β/ Μ

Зависимость положения максимума полосы комбинационного рассеяния от атомной массы

ω = 2758 * M-1/2

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

28Si: ΘD = 641±2 K
29Si: ΘD = 627±2 K
30Si: ΘD = 616±3 K

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

(1)

(2)

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 !

Синтез тетрафторида кремния
500-600ºС
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

Схема получения высокочистых
моноизотопных силанов

Содержание примесей в очищенном силане

Изотопный состав силанов