Магнитооптическая спектроскопия примесных центров в синтетическом алмазе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.10, кандидат наук Приходько Дмитрий Дмитриевич

• Приходько Дмитрий Дмитриевич
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Приходько Дмитрий Дмитриевич

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Современное состояние технологии и научных исследований алмаза

1.1. Основные физические свойства и области применения алмаза

1.2. Методы роста и легирования алмаза

1.2.1. Метод температурного градиента

1.2.2. Метод осаждения из газовой фазы

1.2.3. Легирование методом ионной имплантации

1.3. Мелкие примесные центры в элементарных полупроводниках IV группы

1.4. Методы исследования электронных состояний примесных центров

1.4.1. Эффект Холла и электропроводность

1.4.2. Спектроскопия поглощения

1.4.3. Спектроскопия КРС

1.4.4. Двухфотонное поглощение

1.4.5. Спектроскопия под внешним воздействием

1.4.6. Метод накачка-зондирование

1.4.7. Спектроскопия фотопроводимости

1.5. Изотопные эффекты в примесных центрах

1.5.1. Влияние изотопов кристаллической решетки

1.5.2. Влияние изотопов легирующей примеси

1.6. Оптические свойства алмаза в ИК диапазоне

1.6.1. Однофононное поглощение

1.6.2. Двухфононное поглощение

1.6.3. Трехфононное поглощение

1.6.4. Дефект-индуцированные полосы поглощения

1.7. Основные результаты по исследованию акцепторных центров в алмазе

1.7.1. Спектроскопия поглощения

1.7.2. Спектроскопия КРС

1.7.3. Другие исследования

1.8. Основные результаты по исследованию донорных центров в алмазе

1.8.1. Спектроскопия поглощения

1.8.2. Другие исследования

Глава 2. Спектроскопия инфракрасного поглощения легированного бором алмаза

2.1. Методика эксперимента и экспериментальные образцы

2.1.1. Экспериментальные образцы

2.1.2. Экспериментальное оборудование

2.1.3. Калибровка спектров поглощения

2.2. Новые линии поглощения

2.3. Влияние изотопов бора на спектр электронных состояний примесного центра

2.4. Идентификация линий поглощения по происхождению электронного перехода

2.5. Резонансные состояния

2.6. Формы линий внутрицентровых переходов бора

2.6.1. Форма пиков и механизмы уширения

2.6.2. Характеристики переходов и соответствующих состояний

2.7. Выводы по главе

Глава 3. Эффект Зеемана электронных состояний бора в алмазе

3.1. Методика эксперимента

3.1.1. Экспериментальные образцы

3.1.2. Экспериментальное оборудование

3.2. Эффект Зеемана основного состояния бора в сильном магнитном поле

3.3. Эффект Зеемана возбужденных состояний

3.3.1. Квадратичный эффект Зеемана

3.3.2. Антипересечение уровней

3.4. Определение симметрий некоторых возбужденных состояний

3.4.1. Состояние

3.4.2. Состояние

3.4.3. Состояние

3.4.4. Состояние

3.4.5. Состояние

3.4.6. Состояния 8, 9 и

3.4.7. Состояние

3.4.8. Состояние

3.4.9. Состояние

3.4.10. Выводы о симметриях возбужденных состояний

3.5. Выводы по главе

Глава 4. Времена жизни возбужденных состояний акцепторного центра

4.1. Методика эксперимента

4.1.1. Образцы

4.1.2. Экспериментальная установка

4.2. Экспериментальные результаты и их анализ

4.2.1. Результаты

4.2.2. Анализ экспериментальных результатов

4.2.3. Механизмы релаксации возбужденных носителей

4.3. Выводы к главе

Глава 5. Эффект Зеемана электронных состояний фосфора в алмазе

5.1. Методика и экспериментальные образцы

5.1.1. Синтез легированного фосфором алмаза и подготовка образцов

5.1.2. Методика эксперимента

5.2. Эффект Зеемана возбужденных электронных состояний донорного центра

5.3. Симметрия донорного центра фосфора в алмазе

5.4. Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БЛАГОДАРНОСТИ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Магнитооптическая спектроскопия примесных центров в синтетическом алмазе»

Актуальность работы

Алмаз является уникальным материалом за счет сочетания его физических свойств: рекордная твердость, высокая теплопроводность, большая ширина запрещенной зоны, высокая подвижность носителей заряда, высокая температура Дебая, а также высокая химическая, радиационная стойкость и биологическая нейтральность. Благодаря этому алмаз может быть использован в широком спектре технологических областей от повышения износостойкости буров до создания квантовых компьютеров.

Интерес к алмазу повышается как при совершении очередного прорыва в технологиях синтеза алмаза, так и при развитии других технологий. Так за счет развития технологий синтеза высококачественного монокристаллического алмаза разными методами в последние 20 лет была развита идея алмазной электроники, которая отличается возможностью работы с высокими мощностями и частотами, а также высокой стойкостью к условиям внешней среды.

Благодаря развитию концепции квантового компьютера и квантовой криптографии в последние 10 лет начался активный поиск квантовых систем, которые могут выступать в роли кубитов или однофотонных источников излучения. В этих областях алмаз также является перспективным материалом за счет большого разнообразия возможных примесных комплексов и высокой температуры Дебая.

В целом исследование примесных центров в алмазе является одной из актуальных задач на протяжении всей истории систематического исследования алмаза. Примесные центры определяют оптические, электрические, магнитные свойства алмаза.

В рамках данной работы были исследованы примесные центры, превращающие алмаз в примесный полупроводник р- или п-типа - бор и фосфор в позиции замещения. С точки зрения влияния на электрофизические свойства материала данные центры в алмазе достаточно подробно изучены, однако остается ряд пробелов с фундаментальной точки зрения, а именно для обоих центров нет полной картины спектра дискретных электронных состояний. Полученные в данной работе результаты дополняют уже имеющиеся фундаментальные знания в этой области.

Замещающие бор и фосфор в алмазе имеют большую энергию ионизации ~370 мэВ для бора и ~600 мэВ для фосфора, что примерно на порядок больше, чем энергия ионизации мелких примесных центров в кремнии (~45,5 мэВ для бора). Таким образом, часть допущений, использованных для создания теории эффективной массы, с помощью которой рассчитываются электронные состояния мелких центров, в случае алмаза оказывается неприменима. Для бора в

алмазе сложность построения теоретической модели дополнительно увеличивается за счет слабого спин-орбитального расщепления валентной зоны (~6 - 12 мэВ) по сравнению с энергией ионизации акцепторного центра.

Промежуточное положение замещающего бора и фосфора в алмазе между глубокими и мелкими центрами делает их интересным объектом исследования с фундаментальной точки зрения, так как требует построения отдельной теоретической модели для описания их электронных состояний. Такая модель или отдельные ее подходы могут применятся для расчета электронных состояний центров в других широкозонных полупроводниках, а также для глубоких центров в «классических полупроводниках» Ge).

Полученные в ходе данной работы экспериментальные данные об электронных состояниях акцепторных и донорных центров в алмазе могут стать опорой для разработки их теоретической модели.

Цели и задачи работы

Цель работы заключалась в получении новых знаний о количестве, энергии, симметриях и временах релаксации электронных состояний акцепторных и донорных центров в алмазе.

Для достижения поставленных целей были поставлены следующие задачи:

- Исследование спектров оптического поглощения легированного бором алмаза в ИК диапазоне при температурах от 5 К для обнаружения максимального количества электронных переходов.

- Определение положений, интенсивностей и ширин линий поглощения, связанных с внутрицентровыми переходами акцепторного центра.

- Поиск возможного изотопного смещения основного состояния центра бора у 1аБ относительно 11Б.

- Исследование эффекта Зеемана основного состояния акцепторного центра в сильном магнитном поле до 32 Т, поиск квадратичного эффекта Зеемана.

- Исследование линейного и квадратичного эффекта Зеемана возбужденных нечетных состояний акцепторного центра в магнитном поле до 32 Т с учетом расщепления основного состояния.

- Определение симметрий нечетных состояний акцепторного центра по линейному эффекту Зеемана.

- Исследование времен жизни возбужденных состояний акцепторного центра при помощи метода накачка-зондирование.

- Исследование эффекта Зеемана возбужденных состояний донорного центра (фосфора) при температурах от 5 К.

- Поиск подтверждения отклонения симметрии донорного центра от Та.

Объекты исследования

Объектами исследования являются синтетические полупроводниковые

монокристаллические алмазы, легированные бором или фосфором, и примесные центры,

образуемые атомами бора или фосфора при замещении атома углерода в кристаллической

решетке алмаза.

Научная новизна работы

- В легированных бором монокристаллах алмаза обнаружено более 70 линий поглощения, соответствующих внутрицентровым переходам акцепторного центра.

- Впервые обнаружено изотопное смещение основного состояния акцепторного центра 10В в алмазе относительно энергии основного состояния центра 11В, которое составляет 0,72±0,03 мэВ и вызывает увеличение энергии ионизации центра 10Б по сравнению с 11Б.

- Показано, что доминирующим механизмом уширения линий поглощения легирования бором НРНТ алмаза в (001) ростовом секторе при температуре 5 К и концентрации примесных центров не более 7-1016 см-3 является однородное уширение.

- Впервые определены интегральные интенсивности и силы осцилляторов оптических переходов из основного состояния 1Г8+ в нечетные возбужденные состояния.

- Впервые обнаружены резонансные состояния акцепторного центра бора.

- Показана линейность эффекта Зеемана основного состояния акцепторного центра бора в алмазе в магнитном поле до 32 Т.

- Впервые исследован квадратичный эффект Зеемана возбужденных состояний акцепторного центра бора в алмазе

- Впервые обнаружены антипересечения электронных состояний акцепторного центра в магнитном поле

- По характеру линейного расщепления впервые определены симметрии некоторых электронных состояний.

- Впервые измерены времена жизни возбужденных состояний акцепторного центра бора. Времена жизни составили 2 - 330 пс.

- Впервые измерено расщепление 3р± состояния донорного центра фосфора в алмазе. Расщепление составило 0,24 мэВ/Т.

- По характеру расщепления линий поглощения в магнитном поле подтверждено понижение тетрагональной Та симметрии центра до тригональной симметрии.

Теоретическая и практическая значимость работы

Результаты работы имеют в основном фундаментальную значимость.

Полученные данные о количестве состояний акцепторного центра бора в алмазе и их симметриях дополняют существующие фундаментальные знания об этом центре.

Достижение доминирования однородного уширения спектральных линий говорит об относительно большой природной ширине электронных состояний, вызванное, предположительно, сильным электрон-фононным взаимодействием, что также подтверждается малыми измеренными характерными временами жизни возбужденных состояний.

Измеренное относительно большое изотопное смещение основного состояния говорит о сильном влиянии локальных фононных мод на химический сдвиг основного состояния акцепторного центра.

Исследование эффекта Зеемана состояний донорного центра показало оправданность предположений о понижении симметрии центра, связанного с фосфором в позиции замещения, за счет эффекта Яна-Теллера.

В целом полученные фундаментальные знания об акцепторном и донорном центре будут полезны при создании теоретических моделей данных примесных центров.

Важным с практической точки зрения является измерение времен жизни состояний акцепторного центра, показавшее их малость при разных энергиях накачки. Это говорит о том, что данный центр в обычных условиях не подходит для большинства квантовых применений. С другой стороны, практический интерес может представлять обнаруженное антипересечение состояний в магнитном поле, которое может привести к значительным изменениям свойств состояний в точках антипересечения.

Личный вклад автора

Все основные результаты диссертационной работы получены автором лично или при его непосредственном участии.

Эксперименты по ИК спектроскопии легированного бором алмаза проводились соискателем в Институте оптических сенсорных систем в Берлине совместно с д.ф. -м.н. С. Г. Павловым. Эксперименты по исследованию эффекта Зеемана на легированном бором алмазе в сильном магнитном поле проводились при участии автора в Лаборатории высоких магнитных полей в университете Святого Радбауда Утрехского г. Неймегена совместно с д.ф.-м.н. С. Г.

Павловым и к.ф.-м.н. Д. Л. Каменским, а также сотрудниками ФГБНУ ТИСНУМ к.ф.-м.н. С. А. Тарелкиным и к.ф.-м.н. В. С. Бормашовым.

Анализ экспериментальных результатов по спектроскопии легированного бором алмаза проводился автором диссертации совместно с научным руководителем, научным консультантом и д.ф.-м.н. С. Г. Павловым. Также в анализе данных и обсуждении результатов принимали участие к.ф.-м.н. В. С. Бормашов и к.ф.-м.н. Д. Л. Каменский.

Эксперименты по эффекту Зеемана донорного центра проводились автором лично начиная от сборки установки до обработки результатов. Анализ полученных результатов проводился совместно с научным консультантом к.ф.-м.н. С. А. Тарелкиным, к.ф.-м.н. В. Н. Денисовым из ФГБНУ ТИСНУМ и к.ф.-м.н. К. Н. Болдыревым из ФГБУН ИСАН.

Автор принимал непосредственное участие во всех стадиях проведения исследований от подготовки экспериментальных образцов до написания статей.

Синтез монокристаллического легированного алмаза проводился сотрудниками отдела роста монокристаллов ФГБНУ ТИСНУМ М. С. Кузнецовым и С. А. Носухиным. Раскрой кристаллов и полировку образцов проводили А. П. Иващенко и М. А. Доронин.

Положения, выносимые на защиту

1. Изотопный сдвиг энергии основного состояния замещающего акцептора 10В в алмазе относительно энергии основного состояния центра 11В составляет 0,72±0,03 мэВ и вызывает увеличение энергии ионизации центра 10Б по сравнению с 11Б.

2. Эффект Зеемана основного состояния акцепторного центра бора в алмазе носит линейный характер в магнитных полях до 32 Т.

3. Времена жизни возбужденных состояний бора в алмазе лежат в диапазоне 2,5 - 330 пс.

4. Эффект Зеемана состояния 3р± донорного центра фосфора в алмазе носит линейный характер в магнитном поле до 9 Т. Величина смещения подуровней 3р+ и 3р- составляет ±0,12 мэВ/Т.

5. Характер зеемановского расщепления линии поглощения, соответствующей переходу в состояние 2р± фосфора в алмазе, подтверждает симметрию основного состояния данного примесного центра.

Достоверность экспериментальных результатов

Достоверность полученных результатов обеспечивается тем, что основной методикой исследований была спектроскопия оптического поглощения в ИК диапазоне, которая является широко известной и широко применяемой методикой для исследования различных материалов во всем мире. Для получения спектров поглощения использовались коммерчески доступные

Фурье-спектрометры, произведенные компаниями Bruker™ и Симекс™. Совпадение данных, полученных как минимум тремя разными приборами на одном и том же наборе образцов, подтверждает их достоверность.

Исследования времен жизни электронных состояний проводилось по широко известной методике «накачка-зондирование» в лаборатории FELIX, которая является по сути центром коллективного пользования лазера на свободных электронах. Используемое в данной лаборатории оборудование проходит регулярную калибровку.

Внедрение результатов работы

Результаты диссертационной работы использованы в ходе выполнения работ по соглашению № 14.580.21.0003 (RFMEFI58015X0003) о предоставлении субсидии от 19 августа 2015 г., а также по соглашению № 14.574.21.0074 (RFMEFI57414X0074) о предоставлении субсидии от 27 июня 2014 г.

Публикации

По тематике работы соискателем опубликовано 4 печатные работы в зарубежных журналах, входящих в базы цитирования WoS и Scopus.

В общей сложности соискатель является соавтором 12 печатных работ в области физики полупроводников и физики конденсированного состояния, опубликованных в журналах, индексируемых в базах цитирования WoS и Scopus, а также 1 патента.

Апробация работы

Результаты работ докладывались в 6 докладах на 2х зарубежных и 2х российских международных конференциях:

• Устный и стендовый доклад на 28-ой международной конференции «Diamond and Carbon Materials», Гётеборг, Швеция, 2017.

• Устный и стендовый доклад на «XXII Hasselt diamond workshop», Хассельт, Бельгия, 2017

• Устный доклад на XXIII международном симпозиуме «Нанофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород, Россия, 2019

• Устный доклад на «II Международной конференции молодых ученых, работающих в области углеродных материалов», Троицк, Москва, Россия, 2019

Глава 1. Современное состояние технологии и научных исследований алмаза

1.1. Основные физические свойства и области применения алмаза

Самым известным свойством алмаза, выделяющим его на фоне других материалов, является его рекордная твердость более 130 ГПа [1]. Благодаря ей основным применением алмаза помимо ювелирной промышленности долгое время была обработка твердых материалов. Начатые еще в 18 веке [2] исследования различных физических свойств алмаза: оптических [35], тепловых [6-10] и электрических [11-13] показали, что алмаз является перспективным материалом в различных технологических областях. В табл. 1. 1 собраны некоторые физические свойства алмаза. Кроме приведенных параметров, стоит отметить, что алмаз отличается высокой химической и радиационной [14,15] стойкостью.

Таблица 1.1. Некоторые физические характеристики алмаза.

Параметр Значение

Ширина запрещенной зоны (при 300 К) Е&, эВ 5,5

Максимальная дрейфовая скорость ущ, см/с 2,4х107

Критическое поле пробоя Еж>, В/см 2,2х107

Подвижность электронов Де , см2/(В*с) 2400

Подвижность дырок Дь , см2/(В*с) 2100

Теплопроводность %, Вт/(см*К) 23-(30*)

Температура Дебая тб, К 2000

Диэлектрическая проницаемость 5,7

Показатель преломления п 2,418

для изотопно обогащенных алмазов 12С 99,99%

Благодаря сочетанию высокой теплопроводности и высокой подвижности свободных носителей заряда, легированный алмаз является одним из материалов, на основе которого возможно создать высокочастотную и высокомощную электронику [16-24]. Высокая радиационная стойкость обеспечивает значительно более долгий срок службы в местах с повышенным радиационным фоном, например, в космосе.

Большая ширина запрещенной зоны алмаза делает его перспективным материалом для создания солнечно-слепых детекторов различного ионизирующего излучения от УФ диапазона (Х<225 нм) до детектирования минимально ионизирующих частиц большой энергии (выше

1 ГэВ) в БАК [25-29]. Благодаря высокой радиационной стойкости детектор из алмаза позволяет достаточно долго детектировать тяжелые частицы, такие как а-частицы или нейтроны [30-36]. Также с использованием алмаза возможно создание преобразователей энергии Р-излучения в электрическую энергию со сроком службы более 50 лет [37-40]. Легирование алмаза бором или фосфором может быть использовано для создания фотопроводящего детектора в ближнем и среднем ИК диапазоне (1,5 - 2 мкм и 2,5 - 4 мкм) [41].

Отдельно стоит выделить применение алмаза в рентгеновской оптике. В работе [42] экспериментально доказано >99% брэгговское отражение рентгеновского излучения алмазом. Это обеспечивает возможность создания алмазных оптических элементов, таких как плоские и параболические зеркала [43,44], монохроматоры [45] для излучения в рентгеновском диапазоне. Такие оптические элементы из монокристаллического алмаза могут использоваться для прямого управления рентгеновскими пучками высокой мощности в лазерах на свободных электронах [46].

Еще одним приложением алмаза, связанным с высокими плотностями энергии, является генерация излучения. Например, в работах [47-49] описан лазер на комбинационном рассеянии света в алмазе, обеспечивающий генерацию излучения на длинах волн 1193 нм, 1419 нм, 597 нм и 1240 нм. Другой возможностью генерации излучения в полупроводниках с решеткой типа алмаза (С, Si, Ge) является вынужденное излучение на переходах между дискретными состояниями примесных центров. Такое вынужденное излучение было продемонстрировано в работах [50-52]. В данных работах описывается получение стимулированного излучения частотой ~1 - 10 ТГц на электронных переходах в мелких донорных и акцепторных примесях в кремнии. Подобный эффект в легированном алмазе, насколько нам известно, на данный момент не обнаружен. Однако, учитывая одинаковое строение кристаллической решетки и одинаковые симметрии замещающих примесных центров, поиск пары электронных состояний, подходящей для создания инверсной заселенности и генерации излучения в алмазе является актуальной задачей на данный момент. В алмазе энергетические зазоры между дискретными электронными состояниями исследуемых примесных центров могут быть как довольно большими (до 560 мэВ между 2p± и ^ состояниями в донорном центре [53]) так и малыми (~1 - 10 мэВ между возбужденными состояниями акцепторного центра, см. главу 2), что может обеспечить генерацию излучения в разных диапазонах энергии.

Многие высокотехнологичные и научные применения алмаза связаны с легированием алмаза различными примесями для придания необходимых электрических, оптических или иных свойств. На данный известны примесные центры или центры окраски, связанные со следующими химическими элементами: Н, Не, Li, С, В, N О, №, Si, Р, №, Zn, Ge, As, Zr, Ag, Xe, Ta,

W, И, Er и Eu. Наиболее полное описание известных центров окраски и их оптических свойств в

алмазе представлено в книге Зайцева [54]. На данный момент внимание научного сообщества сконцентрировано на дефектах алмазной решетки типа примесь-вакансия, из которых самым популярным является азот-вакансионный комплекс или NV-центр. Благодаря наличию дискретного магнитного момента, возможности «считывания» данного спинового состояния оптическими методами, и сравнительно большими временами когерентности даже при комнатной температуре [55] подобные центры рассматриваются как основа для создания квантовых компьютеров и квантовой памяти [56,57]. Также массивы или одиночные NV центры уже используются для создания магнетометров с высокой локализацией (~1 нм) [58,59] и квантовых гироскопов [60]. Одиночные центры окраски в алмазе могут служить однофотонными источниками излучения для реализации схем квантовой криптографии [61,62].

Выше были описаны основные применения только монокристаллического алмаза. Поли-и нанокристаллический алмаз также имеют свои области применения. Так объемный поликристаллический алмаз используется для создания оптических окон и изолирующих теплоотводящих подложек для различных устройств. Нанокристаллический алмаз интересен за счет появляющихся размерных эффектов при уменьшении размера кристаллита. Размерные эффекты оказывают влияние не только на свойства самого алмаза, но и на любые примесные центры, оказывающиеся внутри кристаллита [63]. Нанокристаллы алмаза с NV центрами могут использоваться в качестве маркеров или сенсоров для биологических объектов за счет сравнительно большой интенсивности флюоресценции центра и химической нейтральности самой наночастицы [64-66].

Можно сделать вывод, что в современном мире алмаз находит применения в абсолютно разных технологических областях от буровых установок и создания полировочных порошков и паст до квантовых вычислений и криптографии.

1.2. Методы роста и легирования алмаза

Несмотря на то, что история синтеза алмаза насчитывает уже более 50 лет, зачастую именно развитие технологии роста алмаза с необходимыми свойствами становится ключом к реализации какой-либо идеи или концепции. В данном разделе кратко будут описаны современные технологии синтеза и легирования алмаза. Основное внимание будет уделено синтезу именно монокристаллического алмаза, так как именно он используется в исследованиях, которым посвящена данная работа.

Впервые синтетические алмазы были получены в Швеции в 1949 году. Данные результаты были засекречены в течение 10 лет и первой опубликованной работой, в которой описывался успешный синтез алмаза является статья 1955 года инженеров компании «General Electric» из

США [67]. Этот синтез был проведен в условиях высокого давления и температуры (HPHT - high pressure high temperature) в установке высокого давления. Данный метод до сих пор является основой получения крупных монокристаллов алмаза.

Немногим позже, в начале 60-х годов практически одновременно советскими учеными Б. Дерягиным и Б. Спицыными и американским ученым В. Эверсолом был предложен метод осаждения из газовой фазы для получения алмаза без необходимости использовать установки высокого давления.

Более подробно история развития и изучения синтеза алмаза описана в книге «Алмазы и люди» Б. Данилова [68]. Далее будут описаны современные методы синтеза и легирования алмаза.

1.2.1. Метод температурного градиента

Базой метода температурного градиента является метод HPHT. Физической основой метода HPHT является создание таких условий, в которых образование алмаза является термодинамически более выгодным, чем образование какой-либо sp2 фазы углерода. Для этого смесь источника углерода (обычно графит) с металлом-растворителем (обычно железо) помещается в камеру высокого давления. Создается давление более 70000 атмосфер и нагрев до 1500 - 2500 °С. В таких условиях углерод (графит) растворяется в металле, но при этом термодинамически выгодной становится кристаллизация алмаза. В таком процессе получается алмазный порошок с размером кристаллов 0,001 - 0,6 мм и высокой концентрацией азота, так как азот неизбежно содержится во всех используемых для синтеза материалах. Принципиально в данном методе возможно добиться синтеза крупных кристаллов, однако их кристаллическое качество не позволяет применять их в большинстве актуальных задач.

Для получения крупных высококачественных с точки зрения содержания различных дефектов монокристаллов алмаза метод HPHT был развит до метода температурного градиента [69,70]. В англоязычной литературе данный метод сокращенно называют TG-HPHT (temperature gradient HPHT). Основной идеей данного метода является обеспечение постоянного потока углерода в жидком металле растворителе от источника углерода к кристаллу-затравке. Такой поток создается за счет температурного градиента, который обеспечивает градиент растворимости углерода в металле, что в свою очередь обеспечивает диффузию углерода. С другой стороны камеры высокого давления располагается маленький алмазный кристалл -затравка. В области затравки обеспечиваются более низкие температуры, в связи с чем на ней будет происходить осаждение углерода из насыщенного раствора. За счет того, что затравка имеет кристаллическую структуру, осаждаемый алмаз будет наследовать данную структуру. В

итоге, в данном методе происходит постепенная диффузия углерода от источника углерода к кристаллу-затравке и постепенное наращивание объемного алмаза на затравке.

Несмотря на улучшение кристаллического качества получаемого материала по сравнению с обычным HPHT методом, содержания азота остается высоким, так как азот хорошо захватывается кристаллической решеткой алмаза и неизбежно содержится в исходных реагентах. Такие монокристаллы хорошо подходят для некоторых применений, например, использования в качестве подложки для дальнейшего синтеза или использования в качестве электрических изоляторов и теплоотводящих подложек. Однако для большинства применений высокое содержание азота остается проблемой.

Для получения «малоазотных» кристаллов типа IIa в ростовую среду добавляют дополнительные вещества - геттеры, обеспечивающие связывание азота в нитриды, устойчивые в условиях синтеза. В качестве геттеров используются титан (Ti), алюминий (Al) и цирконий (Zr). Добавление геттеров позволяет снизить концентрацию азота до ~1015 см-3 [71], однако добавляет проблему образования карбидов и захватывания их кристаллической решеткой, что приводит к образованию микро- и макродефектов кристаллической решетки. Данная проблема решается за счет подбора термодинамических условий и оптимизации скорости роста кристалла.

Еще одной особенностью метода TG-HPHT является так называемая секториальность роста кристалла. Она появляется из-за кристаллической структуры затравки. Кинетика осаждения алмаза и вероятности захвата примесей на разные кристаллические плоскости различается, в связи с чем выращенные кристаллы не совсем однородны. На рис. 1.1 представлена схема распределения секторов роста в TG-HPHT алмазе. В данном случае кристаллическое направление [001] затравки параллельно направлению температурного градиента. Обычно при таком синтезе выделяются 4 принципиально разных ростовых сектора: (001), (113), (111) и (110), порождаемые соответствующими группами направлений. Важно отметить, что границы между секторами являются не местами «сращивания» отдельных кристаллов, а местом изменения некоторых характеристик кристаллической решетки. При этом сама кристаллическая решетка единая.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Приходько Дмитрий Дмитриевич, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Blank V.D. et al. Plasticity of diamond at room temperature and determination of its hardness using an atomic force microscope with an ultrahard C60 fullerite tip // Technical Physics Letters. 1997. Vol. 23. P. 546-547.

2. Tennant S. IV. On the nature of the diamond // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 1797. Vol. 87. P. 123-127.

3. Peter F. Uber Brechungsindizes und Absorptionskonstanten des Diamanten zwischen 644 und 226 um // Zeitschrift fur Physik. 1923. Vol. 15, № 1. P. 358-368.

4. Smith S.D., Taylor W. Optical Phonon Effects in the Infra-red Spectrum of Acceptor Centres in Semiconducting Diamond // Proceedings of the Physical Society. 1962. Vol. 79, № 6. P. 11421153.

5. Hobden M.V. Direct optical transitions from the split-off valence band to the conduction band in germanium // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1962. Vol. 23, № 6. P. 821-822.

6. Eucken A. The Heat Conductivity of Certain Crystals at Low Temperatures // Phys. Zs. 1911. № 12. P. 1005.

7. Pitzer K.S. The Heat Capacity of Diamond from 70 to 300°K // The Journal of Chemical Physics. 1938. Vol. 6, № 2. P. 68.

8. Victor A.C. Heat Capacity of Diamond at High Temperatures // The Journal of Chemical Physics. 1962. Vol. 36, № 7. P. 1903.

9. Desnoyehs J.E., Morrison J.A. The heat capacity of diamond between 12 8° and 277°k // Philosophical Magazine. 1958. Vol. 3, № 25. P. 42-48.

10. de Haas W.J., Biermasz Th. The dependence on thickness of the thermal resistance of crystals at low temperatures // Physica. 1938. Vol. 5, № 7. P. 619-624.

11. Kemmey P.J., Mitchell E.W.J. The Magneto-Resistance of p-Type Semiconducting Diamond // Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 1961. Vol. 263, № 1314. P. 420-432.

12. Collins A.T. et al. Acceptor-Impurity Infrared Absorption in Semiconducting Synthetic Diamond // Physical Review. 1965. Vol. 140, № 4A. P. A1272-A1274.

13. Dean P.J., Lightowlers E.C., Wight D.R. Intrinsic and Extrinsic Recombination Radiation from Natural and Synthetic Aluminum-Doped Diamond // Physical Review. 1965. Vol. 140, № 1A. P. A352-A368.

14. Bauer C. et al. Radiation hardness studies of CVD diamond detectors // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 1995. Vol. 367, № 1-3. P. 207-211.

15. Zamboni I., Pastuovic Z., Jaksic M. Radiation hardness of single crystal CVD diamond detector tested with MeV energy ions // Diamond and Related Materials. 2013. Vol. 31. P. 65 -71.

16. Blank V.D. et al. Power high-voltage and fast response Schottky barrier diamond diodes // Diamond and Related Materials. 2015. № 57. P. 32-36.

17. Bormashov V.S. et al. Large Area Schottky Diamond Diodes for High Power and Fast Switching Applications // Proc. 2013 MRS Fall Meeting. Boston, USA, 2013.

18. Dutta M. et al. High Voltage Diodes in Diamond Using (100)- and (111)- Substrates // IEEE Electron Device Letters. 2017. Vol. 38, № 5. P. 600-603.

19. Fiori A., Teraji T., Koide Y. Diamond Schottky diodes with ideality factors close to 1 // Applied Physics Letters. 2014. Vol. 105, № 13. P. 133515.

20. Makino T. et al. Diamond Schottky-pn diode with high forward current density and fast switching operation // Applied Physics Letters. 2009. Vol. 94, № 26. P. 262101.

21. Tarelkin S. et al. Power diamond vertical Schottky barrier diode with 10 A forward current // Phys. Status Solidi A. 2015. Vol. 212, № 11. P. 2621.

22. Kato H. et al. Fabrication of bipolar junction transistor on (001)-oriented diamond by utilizing phosphorus-doped n-type diamond base // Diamond and Related Materials. 2013. Vol. 34. P. 4144.

23. Pham T.-T. et al. Deep-Depletion Mode Boron-Doped Monocrystalline Diamond Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor // IEEE Electron Device Lett. 2017. Vol. 38, № 11. P. 1571-1574.

24. Umezawa H., Matsumoto T., Shikata S.-I. Diamond Metal-Semiconductor Field-Effect Transistor With Breakdown Voltage Over 1.5 kV // IEEE Electron Device Letters. 2014. Vol. 35, № 11. P. 1112-1114.

25. Kagan H. Diamond radiation detectors may be forever! // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2005. Vol. 546, № 1-2. P. 222-227.

26. Kagan H. et al. Diamond detector technology: status and perspectives // Proceedings of The 25th International workshop on vertex detectors — PoS(Vertex 2016). La Biodola, Isola d'Elba, ITALY: Sissa Medialab, 2017. P. 027.

27. Mendoza F. et al. Solar-blind field-emission diamond ultraviolet detector // Appl. Phys. Lett. 2015. Vol. 107, № 20. P. 201605.

28. Amosov V.N. et al. Development of ionizing radiation detectors based on synthetic diamond material for the nuclear power industry // Instruments and Experimental Techniques. 2010. Vol. 53, № 2. P. 196-203.

29. Amosov V.N. et al. Testing the prototype diamond detector for the ITER neutral-particle spectrometer // Instruments and Experimental Techniques. 2017. Vol. 60, № 1. P. 122-125.

30. A. Alekseyev, V. Amosov*, Yu. Kaschuck, A. Krasilnikov, D. Portnov, S. Tugarinov. Study of natural diamond detector spectrometric properties under neutron irradiation.

31. Almaviva S. et al. Thermal and fast neutron detection in chemical vapor deposition single-crystal diamond detectors // Journal of Applied Physics. 2008. Vol. 103, № 5. P. 054501.

32. Bormashov V.S. et al. Natural and HPHT IIa diamonds as fast neutron detectors for inertial confinement fusion diagnostics. Hasselt, Belgium: Haaselt University, 2017. P. 113.

33. Arnaldo Galbiati. CVD Diamond Neutron Detectors.

34. Bachmair F. et al. A 3D diamond detector for particle tracking // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2015. Vol. 786. P. 97-104.

35. Dueñas J.A. et al. Diamond detector for alpha-particle spectrometry // Applied Radiation and Isotopes. 2014. Vol. 90. P. 177-180.

36. M.Pomorski. Electronic Properties of Single Crystal CVD Diamond and its Suitability for Particle Detection in Hadron Physics Experiments. Ph.D. Thesis, Wolfgang von Goethe University Frankfurt, Germany, 2008.

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

Bormashov V. et al. Development of nuclear microbattery prototype based on Schottky barrier diamond diodes // Phys. Status Solidi A. 2015. Vol. 212, № 11. P. 2539.

Bormashov V.S. et al. High power density nuclear battery prototype based on diamond Schottky diodes // Diamond and Related Materials. 2018. Vol. 84. P. 41-47.

Бормашов В.С. et al. Радиоизотопный источник постоянного тока: pat. RU 170474 U1 USA. Российская Федерация, 2017.

Бормашов В.С. et al. Способ изготовления полупроводникового преобразователя энергии ионизирующего излучения в электроэнергию: pat. RU 2668229 C1 USA. Российская Федерация, 2018.

Pavlov S.G. et al. HPHT IIb diamond as an infrared detector. Seville, Spain, 2019. P. Abstract Mo-O4.2.

Shvyd'ko Y. et al. Near-100% Bragg reflectivity of X-rays // Nat. Photon. 2011. Vol. 5, № 9. P. 539-542.

Stoupin S. et al. Diamond crystal optics for self-seeding of hard X-rays in X-ray free-electron lasers // Diamond and Related Materials. 2013. Vol. 33. P. 1-4.

Terentyev S. et al. Parabolic single-crystal diamond lenses for coherent x-ray imaging // Applied Physics Letters. 2015. Vol. 107, № 11. P. 111108.

Stoupin S. et al. Hybrid diamond-silicon angular-dispersive x-ray monochromator with 025-meV energy bandwidth and high spectral efficiency // Optics Express. 2013. Vol. 21, № 25. P. 30932.

Amann J. et al. Demonstration of self-seeding in a hard-X-ray free-electron laser // Nature Photonics. 2012. Vol. 6, № 10. P. 693-698.

Feve J.-P.M. et al. High average power diamond Raman laser // Optics Express. 2011. Vol. 19, № 2. P. 913.

Pashinin V.P. et al. Diamond Raman laser emitting at 1194, 1419, and 597 nm // Quantum Electronics. 2018. Vol. 48, № 3. P. 201-205.

Latawiec P. et al. On-chip diamond Raman laser // Optica. 2015. Vol. 2, № 11. P. 924.

Pavlov S.G. et al. Terahertz Stimulated Emission from Silicon Doped by Hydrogenlike Acceptors // Physical Review X. 2014. Vol. 4, № 2.

Pavlov S.G. et al. Multifrequency terahertz lasing from codoped silicon crystals // Appl. Phys. Lett. 2011. Vol. 98, № 6. P. 061102.

Hübers H.-W. et al. Stimulated terahertz emission from arsenic donors in silicon // Appl. Phys. Lett. 2004. Vol. 84, № 18. P. 3600-3602.

Gheeraert E. et al. Electronic States of Boron and Phosphorus in Diamond // physica status solidi (a). 1999. Vol. 174, № 1. P. 39-51.

Zaitsev A.M. Optical properties of diamond: a data handbook. Berlin; New York: Springer, 2001. 502 p.

Bar-Gill N. et al. Solid-state electronic spin coherence time approaching one second // Nature Communications. 2013. Vol. 4, № 1. P. 1743.

Nemoto K. et al. Photonic Architecture for Scalable Quantum Information Processing in Diamond // Phys. Rev. X. 2014. Vol. 4, № 3. P. 031022.

Fuchs G.D. et al. A quantum memory intrinsic to single nitrogen-vacancy centres in diamond // Nature Phys. 2011. Vol. 7, № 10. P. 789-793.

58. Hong S. et al. Nanoscale magnetometry with NV centers in diamond // MRS Bulletin. 2013. Vol. 38, № 2. P. 155-161.

59. Glenn D.R. et al. High-resolution magnetic resonance spectroscopy using a solid-state spin sensor // Nature. 2018. Vol. 555, № 7696. P. 351-354.

60. Song X. et al. Nanoscale quantum gyroscope using a single 13 C nuclear spin coupled with a nearby NV center in diamond // Journal of Applied Physics. 2018. Vol. 123, № 11. P. 114301.

61. Marseglia L. et al. Bright nanowire single photon source based on SiV centers in diamond // Optics Express. 2018. Vol. 26, № 1. P. 80.

62. Khramtsov I.A., Fedyanin D.Yu. Bright Single-Photon Emitting Diodes Based on the Silicon-Vacancy Center in AlN/Diamond Heterostructures // Nanomaterials. 2020. Vol. 10, № 2. P. 361.

63. Wilson E.R. et al. The effect of particle size on nanodiamond fluorescence and colloidal properties in biological media // Nanotechnology. 2019. Vol. 30, № 38. P. 385704.

64. Chang H.-C. Development and Use of Fluorescent Nanodiamonds as Cellular Markers // Nanodiamonds / ed. Ho D. Boston, MA: Springer US, 2010. P. 127-150.

65. Balasubramanian G. et al. Nitrogen-Vacancy color center in diamond—emerging nanoscale applications in bioimaging and biosensing // Current Opinion in Chemical Biology. 2014. Vol. 20. P. 69-77.

66. Shenderova O.A. et al. Review Article: Synthesis, properties, and applications of fluorescent diamond particles // Journal of Vacuum Science & Technology B. 2019. Vol. 37, № 3. P. 030802.

67. Bridgman P.W. Synthetic Diamonds // Scientific American. 1955. Vol. 193, № 5. P. 42-47.

68. Данилов Б. Алмазы и люди. Московский рабочий, 1982.

69. Wentorf R.H., Bovenkerk H.P. Preparation of Semiconducting Diamonds // J. Chem. Phys. 1962. Vol. 36, № 8. P. 1987.

70. Strong H.M., Chrenko R.M. Futher studies on diamond growth rates and physical properties of laboratory-made diamond // The Journal of Physical Chemistry. 1971. Vol. 75, № 12. P. 18381843.

71. Бланк В.Д. et al. Спектры комбинационного рассеяния света борсодержащих монокристаллов алмаза, выращенных методом температурного градиента // Рос. хим. ж. 2006. Vol. L, № 1. P. 92.

72. Polyakov S.N. et al. Characterization of top-quality type IIa synthetic diamonds for new X-ray optics // Diamond and Related Materials. 2011. Vol. 20, № 5-6. P. 726-728.

73. Blank V.D. et al. Electronic band structure of phosphorus-doped single crystal diamond: Dynamic Jahn-Teller distortion of the tetrahedral donor ground state // Phys. Rev. B. 2020. Vol. 102, № 11. P.115153.

74. Tzeng Y.-K. et al. Vertical-Substrate MPCVD Epitaxial Nanodiamond Growth // Nano Lett. 2017. Vol. 17, № 3. P. 1489-1495.

75. Physics and Applications of CVD Diamond / ed. Koizumi S., Nebel C., Nesladek M. Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2008.

76. Gallheber B.-C. et al. Growth, stress, and defects of heteroepitaxial diamond on Ir/YSZ/Si(111) // Journal of Applied Physics. 2018. Vol. 123, № 22. P. 225302.

77. Ichikawa K. et al. High crystalline quality heteroepitaxial diamond using grid-patterned nucleation and growth on Ir // Diamond and Related Materials. 2019. Vol. 94. P. 92-100.

78. Fontaine F. et al. Boron implantation/ in situ annealing procedure for optimalp -type properties of diamond // Applied Physics Letters. 1996. Vol. 68, № 16. P. 2264-2266.

79. Dresselhaus M.S., Kalish R. Ion Implantation in Diamond, Graphite and Related Materials. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 1992. Vol. 22.

80. Prins J.F. Ion implantation of diamond for electronic applications // Semiconductor Science and Technology. 2003. Vol. 18, № 3. P. S27-S33.

81. Haque A., Sumaiya S. An Overview on the Formation and Processing of Nitrogen-Vacancy Photonic Centers in Diamond by Ion Implantation // Journal of Manufacturing and Materials Processing. 2017. Vol. 1, № 1. P. 6.

82. Kim H. et al. Fabrication of Silicon-Vacancy Color Centers in Nanodiamonds by using Si-Ion Implantation // Journal of the Korean Physical Society. 2018. Vol. 73, № 5. P. 661-666.

83. Ramdas A.K., Rodriguez S. Spectroscopy of the solid-state analogues of the hydrogen atom: donors and acceptors in semiconductors // Reports on Progress in Physics. 1981. Vol. 44, № 12. P. 1297-1387.

84. Luttinger J.M., Kohn W. Motion of Electrons and Holes in Perturbed Periodic Fields // Physical Review. 1955. Vol. 97, № 4. P. 869-883.

85. Csavinszky P. Corrections to the ground state energies of shallow donors in silicon and germanium // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1963. Vol. 24, № 8. P. 1003-1010.

86. Nishino T., Takeda M., Hamakawa Y. Direct observation of split-off exciton and phonon structures in absorption spectrum of silicon // Solid State Communications. 1974. Vol. 14, № 7. P. 627-630.

87. Rauch C.J. Millimeter Cyclotron Resonance Experiments in Diamond // Physical Review Letters. 1961. Vol. 7, № 3. P. 83-84.

88. Willatzen M., Cardona M., Christensen N.E. Linear muffin-tin-orbital and k-p calculations of effective masses and band structure of semiconducting diamond // Phys. Rev. B. 1994. Vol. 50, № 24. P. 18054-18059.

89. Bormashov V.S. et al. Electrical Properties of High-Quality Synthetic Boron-Doped Diamond Single Crystals and Schottky Barrier Diodes on Their Basis // Inorganic Materials. 2018. Vol. 54, № 15. P. 1469-1476.

90. Katagiri M. et al. Lightly phosphorus-doped homoepitaxial diamond films grown by chemical vapor deposition // Applied Physics Letters. 2004. Vol. 85, № 26. P. 6365-6367.

91. Kittel C. Introduction to solid state physics. 8th ed. Hoboken, NJ: Wiley, 2005. 680 p.

92. Бонч-Бруевич В., Калашников С. Физика полупроводников. Наука, 1977.

93. Ефимова А.И. et al. Инфракрасная Фурье-Спектрометрия. Москва: Физический факультет МГУ имени М. В. Ломоносова, 2008.

94. Prawer S., Nemanich R.J. Raman spectroscopy of diamond and doped diamond // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2004. Vol. 362, № 1824. P. 2537-2565.

95. Kim H. et al. Magnetospectroscopy of Acceptors in "Blue" Diamonds // Physical Review Letters. 1999. Vol. 83, № 16. P. 3254-3257.

96. Prikhodko D. et al. Thermal conductivity of synthetic boron-doped single-crystal HPHT diamond from 20 to 400 K // MRS Communications. 2016. Vol. 6, № 2. P. 1-6.

97. Kim H. et al. Electronic transitions of holes bound to boron acceptors in isotopically controlled diamonds // Solid State Communications. 1997. Vol. 102, № 12. P. 861-865.

98. Kim H. et al. Electronic Raman and infrared spectra of acceptors in isotopically controlled diamonds // Physical Review B. 1998. Vol. 57, № 24. P. 15315-15327.

99. Karaiskaj D. et al. Impurity Absorption Spectroscopy in S i 28: The Importance of Inhomogeneous Isotope Broadening // Physical Review Letters. 2003. Vol. 90, № 18.

100. Steger M. et al. Shallow impurity absorption spectroscopy in isotopically enriched silicon // Physical Review B. 2009. Vol. 79, № 20.

101. Steger M. et al. High-resolution absorption spectroscopy of the deep impurities S and Se in S 28 i revealing the S 77 e hyperfine splitting // Physical Review B. 2009. Vol. 80, № 11.

102. Kogan S.M. Isotopic shift of zero-phonon lines in spectra of shallow impurity centers in semiconductors // Soviet physics semiconductors-USSR. 1979. Vol. 13, № 10. P. 1131-1134.

103. Heine V., Henry C.H. Theory of the isotope shift for zero-phonon optical transitions at traps in semiconductors // Physical Review B. 1975. Vol. 11, № 10. P. 3795-3803.

104. Dischler B. Handbook of Spectral Lines in Diamond. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2012.

105. Crowther P.A., Dean P.J., Sherman W.F. Excitation Spectrum of Aluminum Acceptors in Diamond under Uniaxial Stress // Physical Review. 1967. Vol. 154, № 3. P. 772-785.

106. Collins A.T., Williams A.W.S. The nature of the acceptor centre in semiconducting diamond // Journal of Physics C: Solid State Physics. 1971. Vol. 4, № 13. P. 1789-1800.

107. Bagguley D.M.S. et al. Zeeman Effect of Acceptor States in Semiconducting Diamond // J. Phys. Soc. Jpn. 21 (Suppl.). 1966. Vol. 21, № Supplement. P. 244-248.

108. Anastassakis E. Stark Effect on Impurity Levels in Diamond // Physical Review. 1969. Vol. 186, № 3. P. 760-767.

109. Kim H. et al. Zeeman effect of electronic Raman lines of acceptors in elemental semiconductors: Boron in blue diamond // Physical Review B. 2000. Vol. 62, № 12. P. 8038-8052.

110. Kim H. et al. Infrared and Raman Spectroscopy of Acceptors in Diamond: Boron Impurities // physica status solidi (a). 2000. Vol. 181, № 1. P. 51-58.

111. Kim H. et al. Jahn-Teller splitting and Zeeman effect of acceptors in diamond // Physica B: Condensed Matter. 1999. Vol. 273-274. P. 624-627.

112. Denisov V.N. et al. First observation of electronic structure of the even parity boron acceptor states in diamond // Phys. Lett. A. 2012. Vol. 376, № 44. P. 2812-2815.

113. Collins A.T., Lightowlers E.C. Photothermal Ionization and Photon-Induced Tunneling in the Acceptor Photoconductivity Spectrum of Semiconducting Diamond // Physical Review. 1968. Vol. 171, № 3. P. 843-855.

114. Collins A.T., Lightowlers E.C., Dean P.J. Role of Phonons in the Oscillatory Photoconductivity Spectrum of Semiconducting Diamond // Physical Review. 1969. Vol. 183, № 3. P. 725-730.

115. Koizumi S., Teraji T., Kanda H. Phosphorus-doped chemical vapor deposition of diamond // Diamond and Related Materials. 2000. Vol. 9, № 3-6. P. 935-940.

116. Gheeraert E. et al. n-Type doping of diamond by sulfur and phosphorus // Diamond and Related Materials. 2002. Vol. 11, № 3-6. P. 289-295.

117. Gheeraert E. et al. Electronic transitions of electrons bound to phosphorus donors in diamond // Solid State Communications. 2000. Vol. 113, № 10. P. 577-580.

118. Nesladek M. et al. Photocurrent and optical absorption spectroscopic study of n-type phosphorus-doped CVD diamond // Diamond and Related Materials. 1999. Vol. 8, № 2-5. P. 882-885.

119. Gheeraert E. et al. Low temperature excitation spectrum of phosphorus in diamond // Diamond and Related Materials. 2001. Vol. 10, № 3-7. P. 444-448.

120. Casanova N. et al. Effect of Magnetic Field on Phosphorus Centre in Diamond // Physica status solidi (a). 2001. Vol. 186, № 2. P. 291-295.

121. Stenger I. et al. Quantitative analysis of electronic absorption of phosphorus donors in diamond // Diamond and Related Materials. 2017. Vol. 74. P. 24-30.

122. Butorac B., Mainwood A. Symmetry of the phosphorus donor in diamond from first principles // Physical Review B. 2008. Vol. 78, № 23. P. 235204.

123. Zaitsev A.M. Optical Properties of Diamond: A Data Handbook. Springer Science & Business Media, 2013. 508 p.

124. Prikhodko D.D. et al. Large substitutional impurity isotope shift in infrared spectra of boron-doped diamond // Phys. Rev. B. 2020. Vol. 102, № 15. P. 155204.

125. Zwerdling S. et al. Internal Impurity Levels in Semiconductors: Experiments in p -Type Silicon // Physical Review Letters. 1960. Vol. 4, № 4. P. 173-176.

126. Fischer D.W., Rome J.J. Additional structure in infrared excitation spectra of group-III acceptors in silicon // Phys. Rev. B. 1983. Vol. 27, № 8. P. 4826-4832.

127. Buczko R., Bassani F. Shallow acceptor resonant states in Si and Ge // Physical Review B. 1992. Vol. 45, № 11. P. 5838-5847.

128. Hilborn R.C. Einstein coefficients, cross sections, f values, dipole moments, and all that // American Journal of Physics. 1982. Vol. 50, № 11. P. 982-986.

129. Kono J. et al. High-field cyclotron resonance and valence-band structure in semiconducting diamond // Physical Review B. 1993. Vol. 48, № 15. P. 10917-10925.

130. Naka N. et al. Direct measurement via cyclotron resonance of the carrier effective masses in pristine diamond // Physical Review B. 2013. Vol. 88, № 3.

131. Bhattacharjee A.K., Rodriguez S. Group-Theoretical Study of the Zeeman Effect of Acceptors in Silicon and Germanium // Physical Review B. 1972. Vol. 6, № 10. P. 3836-3856.

132. Murdin B.N. et al. Si:P as a laboratory analogue for hydrogen on high magnetic field white dwarf stars // Nature Communications. 2013. Vol. 4. P. 1469.

133. Li J. et al. Radii of Rydberg states of isolated silicon donors // Phys. Rev. B. 2018. Vol. 98, № 8. P. 085423.

134. Merlet F. et al. Experimental study of the Zeeman splitting of boron levels in silicon // Physical Review B. 1975. Vol. 12, № 8. P. 3297-3317.

135. Broeckx J. et al. Zeeman effect in the excitation spectra of shallow acceptors in germanium: experimental // Journal of Physics C: Solid State Physics. 1979. Vol. 12, № 19. P. 4061-4079.

136. Tarelkin S.A. et al. Evidence of linear Zeeman effect for infrared intracenter transitions in boron doped diamond in high magnetic fields // Diamond and Related Materials. 2017. Vol. 75. P. 5257.

137. Soltamov V.A. et al. Excitation and coherent control of spin qudit modes in silicon carbide at room temperature // Nat Commun. 2019. Vol. 10, № 1. P. 1678.

138. Anisimov A.N. et al. Optical thermometry based on level anticrossing in silicon carbide // Sci Rep. 2016. Vol. 6, № 1. P. 33301.

139. Boldyrev K.N. et al. Direct observation of hyperfine level anticrossings in the optical spectra of a LiYF 4 7: Ho 3 + single crystal // Phys. Rev. B. 2019. Vol. 99, № 4. P. 041105.

140. Pajot B. Optical absorption of impurities and defects in semiconducting crystals: I. Hydrogen-like centres. Heidelberg ; New York: Springer, 2010. 470 p.

141. Kittel C., Mitchell A.H. Theory of Donor and Acceptor States in Silicon and Germanium // Physical Review. 1954. Vol. 96, № 6. P. 1488-1493.

142. Pavlov S.G. et al. Dynamics of infrared excitations in boron doped diamond // Diamond and Related Materials. 2019. Vol. 92. P. 259-265.

143. Saeedi K. et al. Short lifetime components in the relaxation of boron acceptors in silicon // Phys. Rev. B. 2018. Vol. 97, № 12. P. 125205.

144. Vinh N.Q. et al. Time-Resolved Dynamics of Shallow Acceptor Transitions in Silicon // Phys. Rev. X. 2013. Vol. 3, № 1. P. 011019.

145. Lax M. Cascade Capture of Electrons in Solids // Phys. Rev. 1960. Vol. 119, № 5. P. 1502-1523.

146. Pavlov S.G. et al. Dynamics of nonequilibrium electrons on neutral center states of interstitial magnesium donors in silicon // Phys. Rev. B. 2016. Vol. 94, № 7. P. 075208.