Центры окраски в CVD алмазе, легированном элементами IV группы (Si, Ge, Sn)

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-72-10153

НазваниеЦентры окраски в CVD алмазе, легированном элементами IV группы (Si, Ge, Sn)

Руководитель Седов Вадим Станиславович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" , г Москва

Конкурс №61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-203 - Поверхность и тонкие пленки

Ключевые слова Алмаз, синтез, СВЧ плазма, легирование, центры окраски, кремний-вакансия, германий-вакансия, олово-вакансия, люминесценция

Код ГРНТИ29.19.16

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на изучение процессов синтеза поликристаллических и монокристаллических алмазных слоев, полученных методом химического осаждения из газовой фазы и проявляющих интенсивную фотолюминесценцию (ФЛ) от центров окраски «кремний-вакансия», «германий-вакансия» и «олово-вакансия» (Si-V, Ge-V и Sn-V, соответственно), формирующихся в результате in-situ легирования синтезируемого алмаза соответствующими элементами IV группы Периодической таблицы (Si, Ge, Sn). В настоящее время из всех элементов IV-группы наиболее изученной примесью в алмазе остается кремний с его оптическим центром Si-V (λ=738 нм). Однако относительно недавно были получены новые центры окраски в алмазе: Ge-V (2015 г., λ=602 нм) и Sn-V (2017 г., λ≈620 нм). Преимуществом центров на основе именно элементов IV-группы по сравнению с более изученным центром «азот-вакансия» (N-V) является слабое электрон-фононное взаимодействие, в результате чего примесные центры окраски в алмазе на основе элементов IV-группы являются удобными для использования в квантовой оптике. Проект предусматривает получение и легирование алмазных пленок толщиной от 100 нм до 50 мкм осаждением из газовой фазы в СВЧ плазме в смесях «метан-водород». Метод предпочтителен среди прочих совокупностью преимуществ по чистоте, совершенству структуры и возможности контроля содержания легирующей примеси. Для образования центров окраски в процессе роста алмаза будут использованы несколько вариантов прекурсоров: (i) твердотельные источники примеси (пластины Si и Ge, тонкие плёнки и слитки Sn), (ii) газовые источники примеси (SiH4, GeH4) и совершенно новый подход (iii) жидкости – расплав Sn. Важнейшим критерием успешности процесса легирования будет регистрация наличия ФЛ с достаточно узкой бесфононной линией от создаваемый центров. Будут созданы и детектированы массивы и одиночные центры окраски. Использование современных методик анализа материала – растровой и просвечивающей электронной микроскопии, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, вторичной ионной масс-спектрометрии и атомно-силовой микроскопии позволит получить детальное представление о структуре получаемого материала, о количестве и форме встраивания примеси в алмазную решетку. Полученные данные будут сопоставлены с наблюдаемыми при комнатной и низкой (4К) температурах спектрами поглощения и ФЛ. Будет проведено экспериментальное исследование влияния высокотемпературного (до 1600 °С) отжига на люминесцентные характеристики легированного CVD-алмаза с целью усиления интенсивности и сужения линий эмиссии.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Седов В.С., Мартьянов А.К., Хомич А.А. Инженерия центров окраски Германий-Вакансия в алмазе Тезисы Докладов Школы-конференции Молодых Ученых "Прохоровские Недели", с. 63-64 (год публикации - 2021)
10.24412/сl-35673-2021-1-63-64

2. Болдырев К.Н., Хомич А.А., Большаков А.П., Ральченко В.Г., Седов В.С. Deformation Splitting in 28SiV – Centers: Evolution of Spectra with Gradual Annealing Abstr. book of Hasselt Diamond Workshop 2022 (SBDD XXVI), c.83 (год публикации - 2022)

3. Седов В.С., Мартьянов А.К., Алтахов А.С., Савин С.С., Добрецова Е.А., Тяжелов И.А., Пастернак Д.Г., Каплунов И.А., Рогалин В.Е., Ральченко В.Г. Formation of germanium-vacancy color centers in cvd diamond Journal of Russian Laser Research (год публикации - 2022)

4. Болдырев К.Н., Седов В.С. Silicon and carbon isotope shifts in SiV0 color center Abstr. book of Hasselt Diamond Workshop 2022 (SBDD XXVI), 5.2. (год публикации - 2022)

5. Седов В.С., Мартьянов А.К., Савин С.С., Ральченко В.Г., Попович А.Ф., Мандал С., Конов В.И. Microporous poly- and monocrystalline diamond films via synthesis of CVD diamond-germanium composites Сборник докладов конференции "International Conference on Diamond and Carbon Materials 2022", O09A.3 (год публикации - 2022)

6. СЕДОВ В.С., МАРТЯНОВ А.К., АЛТАХОВ А.С., ПАСТЕРНАК Д.Г., ДОБРЕЦОВА Е.А., БОЛДЫРЕВ К.Н. FORMATION OF GE-V CENTERS IN VARIOUS CVD DIAMOND MATERIALS: SINGLE-CRYSTALS, POLYCRYSTALLINE FILMS AND NANOPARTICLES Сборник тезисов конференции "EFRE 2022: 5th International Conference on New Materials and High Technologies Carbon materials in electronics and photonics", Стр. 555 (N4-O-045401) (год публикации - 2022)

7. Мартьянов А.К., Седов В.С., Тяжелов И.А. Синтез в СВЧ плазме нанокристаллических алмазных плёнок, легированных германием Тезисы докладов Школы-конференции молодых ученых «Прохоровские недели», стр. 71-72 (год публикации - 2022)
10.24412/cl-35673-2022-1-71-72

8. Седов В.С., Мартьянов А.К., Тяжелов И.А. Изготовление микропористого алмаза из синтезированного в СВЧ плазме композита алмаз-германий Тезисы докладов Школы-конференции молодых ученых «Прохоровские недели», 2022 г., стр. 83-84 (год публикации - 2022)

9. Седов В.С., Мартьянов А.К., Савин С.С. , Ральченко В.Г. КОМПОЗИТЫ АЛМАЗ-ГЕРМАНИЙ: CVD-СИНТЕЗ И ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОПОРИСТОГО ПОЛИ- И МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО АЛМАЗА Четырнадцатая Международная конференция «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология» - Сборник тезисов докладов, Стр. 155-156 (год публикации - 2022)

10. Мартьянов А.К., Седов В.С., Тяжелов И.А. Growth of nanocrystalline CVD diamond films doped with germanium ALT`22 INTERNATIONAL CONFERENCE Advanced Laser Technologies - BOOK OF ABSTRACTS, Стр. 156 (LS-P-10) (год публикации - 2022)

11. Седов В.С., Мартьянов А.К., Тяжелов И.А. Formation of Microporous Diamond Films by Microwave Plasma CVD from a Diamond-Germanium Composite ALT`22 INTERNATIONAL CONFERENCE Advanced Laser Technologies - BOOK OF ABSTRACTS, Стр. 145 (LS-O-6) (год публикации - 2022)

12. Седов В.С., Мартьянов А.К., Попович А.Ф., Савин С.С,, Совык Д.Н., Тяжелов И.А., Пастернак Д.Г., Мандал С., Ральченко В.Г. Microporous poly- and monocrystalline diamond films produced from chemical vapor deposited diamond-germanium composites Nanoscale Advances, Том 5, Выпуск 5, Страницы 1307 - 1315 (год публикации - 2023)
10.1039/d2na00688j

13. Седов В.С., Мартьянов А.К., Ромшин А.М., Меняйлова Д., Несладек М., Ральченко В.Г. Formation of Group-IV color centers in MPCVD-grown with solid-state and gaseous sources of impurity Abstr. book of Hasselt Diamond Workshop 2023 (SBDD XXVIII), Hasselt, Belgium, March 15-17, 2023, p. 159 (год публикации - 2023)

14. Вадим Седов, Артем Мартьянов, Артур Нелюбов, Иван Тяжелов, Сергей Савин, Иван Еремчев, Максим Еремчев, Маргарита Павленко, Сумен Мандал, Виктор Ральченко, Андрей Наумов Narrowband photoluminescence of Tin-Vacancy colour centres in Sn-doped chemical vapour deposition diamond microcrystals Philosophical transactions. Series A, Mathematical, physical, and engineering sciences, Том 382, Выпуск 2265, Страницы 2023016722 (год публикации - 2023)
10.1098/rsta.2023.0167

15. Кирилл Болдырев, Эдуард Сектаров, Андрей Большаков, Виктор Ральченко, Вадим Седов SiV0 centres in diamond: effect of isotopic substitution in carbon and silicon Philosophical transactions. Series A, Mathematical, physical, and engineering sciences, Том 382, Выпуск 2265, Страницы 20230170 (год публикации - 2023)

16. Вадим Седов, Артем Мартьянов, Иван Тяжелов, Дмитрий Пастернак, Виктор Ральченко Formation of Ge-V and Sn-V color centers in MPCVD diamond Сборник тезисов конференции "International Conference on Diamond and Carbon Materials 2023", International Conference on Diamond and Carbon Materials 2023, 10-14 September 2023 (Palma, Spain, poster) P5.39. постер. (год публикации - 2023)

17. Вадим Седов СИНТЕЗ В СВЧ ПЛАЗМЕ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ АЛМАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ VIII Всероссийская конференция по наноматериалам (НАНО-2023, 21-24 ноября 2023 г., Москва, ИМЕТ РАН) СБОРНИК МАТЕРИАЛОВ, с. 123-124 (год публикации - 2023)

18. Седов В.С., Мартьянов А.К., Тяжелов И.А., Ромшин А.М., Пастернак Д.Г., Болдырев К.Н., Кривобок В.С., Савин С.С., Пивоваров П.А., Несладек М., Ральченко В.Г. Formation of Ge-V color centers in poly- and monocrystalline CVD diamond: A comparative study Diamond & Related Materials, т. 138, с. 110206 (год публикации - 2023)
10.1016/j.diamond.2023.110206

19. Мартьянов А.К.,Тяжелов И.А., Савин С.С., Седов В.С. Nanocrystalline diamond films grown in CH4-H2-GeH4-N2 gas mixtures: structure and luminescent characteristics Journal of Russian Laser Research (год публикации - 2024)

20. Седов В, Мартьянов А, Тяжелов И, Болдырев К, Носухин С, Кузнецов М, Сектаров Е, Кривобок В, Николаев С, Савин С, Мандал С, Сарайкин В, Воронов В, Ральченко В Annealing process and temperature effects on silicon-vacancy and germanium-vacancy centers in CVD grown polycrystalline diamond Diamond and Related Materials, Volume 146, June 2024, 111169 (год публикации - 2024)
10.1016/j.diamond.2024.111169

21. Сектаров Э.С., Седов В.С., Болдырев К.Н. Управление зарядовым состоянием центров окраски в алмазах с помощью рентгеновского излучения Тезисы докладов Школы-конференции молодых ученых «Прохоровские недели», №. 1. – С. 42-44. (год публикации - 2021)
10.24412/cl-35673-2021-1-42-44

Публикации