16、硅中氧的原子构型研究

硅中氧的原子构型研究

1. 引言

在硅材料的研究中，氧的存在及其原子构型对硅的性能有着重要影响。本文将深入探讨硅中间隙氧的静态和动态特性，以及其与其他外来原子的相互作用。

2. 间隙氧的静态特性

2.1 振动模式的观测

间隙氧在硅中的直接证据来自其振动模式的观测。最初通过红外吸收检测到这些振动模式，后来也使用了基于超导隧道二极管的声子光谱技术。

利用“0 富集样品的红外研究表明，生长态硅中的氧与三种振动特征相关。这些特征被归因于嵌入硅晶格中具有 $C_{2v}$ 对称性的非线性 Si - 0 - Si 准分子的三种模式。在液氦温度（LHeT）下，位于 1136 $cm^{-1}$ 处的最强线被归因于 Si - $^{16}$O - Si 的反对称模式 $v_3$，而位于 517 和 1206 $cm^{-1}$ 的另外两条线则被归因于该准分子的两种对称模式。

2.2 间隙结构的确认

对 $v_3$ 模式的 Si 同位素效应的观测证实了这种间隙结构。在富含“0 和“0 的样品中，LHeT 下该模式的吸收显示，1136、1107 和 1084 $cm^{-1}$ 附近的主要吸收特征是由 0 同位素效应引起的，其强度与不同 0 同位素的浓度成正比。

有趣的是，$^{16}$O 和“0 的谱线半高宽（FWHP）为 0.6 $cm^{-1}$，而“0 的谱线半高宽约为 1.2 $cm^{-1}$，这一现象与“0 具有非零核自旋（5/2）有关，且该观测结果与样品类型无关。

当对小线位置处的 $^{28}$Si$^{16}$O 线翼强度进行校正后，各组分的实验相对