Вышедшие номера
Home » Оптика и спектроскопия » Год 2025, выпуск 6 » Статья стр. 626
<<<>>>
Водородные дефекты в алмазах: исследование и определение содержания N3VH с использованием масс-спектрометрии вторичных ионов и инфракрасной спектроскопии
This study has been supported by the Ministry of Education and Science of Russia, 124022400141-5.
Russian science foundation, Filamentation of ultrashort UV-near-IR laser pulses in condensed media, 23-22-00453
Russian science foundation, Алмазные легированные бором и азотом PIN структуры для бетавольтаики, 24-22-00385
Шилобреева С.Н. 1,2,3,4, Хмельницкий Р.А. 5,2, Бер Б.Я. 1,2,3,4, Казанцев Д.Ю. 1,2,3,4, Дравин В.А.1,2,3,4, Прокофьев В.Ю.1,2,3,4, Тарелкин С.А. 6, Токарев М.В. 1,2,3,4
1Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН), Москва, Россия
2P.N.Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences
3Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences, St. Petersburg, Russia
4Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy, and Geochemistry, Russian Academy of Sciences
5Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, Москва, Россия
6Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" Национального исследовательского центра "Курчатовский институт"
Email: shilobre@mail.ru, khmelnitskyra@lebedev.ru, boris.ber@mail.ioffe.ru, dukazantsev@mail.ioffe.ru, tarelkinsa@yandex.ru, mvtokarev@mail.ioffe.ru
Поступила в редакцию: 27 января 2025 г.
В окончательной редакции: 30 апреля 2025 г.
Принята к печати: 4 июня 2025 г.
Выставление онлайн: 18 июля 2025 г.
PDF версия
Концентрация водорода и дефектов N3VH в природных алмазах определены с помощью методов масс-спектрометрии вторичных ионов (МСВИ) и инфракрасной (ИК) спектроскопии. Предложена методика определения концентрации водорода за счёт создания образцов сравнения непосредственно в исследуемых образцах путём прямой имплантации водорода. Установлена линейная зависимость между поглощением ИК излучения линии колебательной моды 3107 cm-1 и определённой по МСВИ концентрацией водорода: C_H=S*N3VHI3107, где S*N3VH=(2.15± 1.44)· 1017 cm-1. Описаны основные содержащие водород дефекты в алмазах. Ключевые слова: ИК спектроскопия, масс-спектрометрия вторичных ионов, алмаз, водород, дефекты N3VH.
  1. P.R.W. Hudson, I.S.T. Tsong. J. Mater. Sci., 12, 2389 (1977). DOI: 10.1007/BF00553924
  2. B. Rondeau, E. Fritsch, M. Guiraud, J.-P. Chalain, F. Notari. Diam. Relat. Mater., 13, 1658, (2004). DOI: 10.1016/j.diamond.2004.02.002
  3. C.H. van der Bogert, C.P. Smith, T. Hainschwang, S.F. McClure. GemsGemol., 45 (1), 20 (2009). DOI: 10.5741/GEMS.45.1.20
  4. W. Huang, P. Ni, T. Shui, G. Shi, G. Luth. GemsGemol., 55, 398 (2019). DOI: 10.5741/GEMS.55.3.398
  5. T. Stachel, R.W. Luth. Lithos, 220 (2015). DOI: 10.1016/j.lithos.2015.01.028
  6. C.E. Melton, A.A. Giardini. Am. Miner., 59, 775 (1974)
  7. E.M. Smith In: Fluid and Melt Inclusions: Applications to Geologic Processes, ed. by P. LecumberriSanchez, M. Steele-MacInnis, D. Kontak (Mineralogical Association of Canada, 2020). V. 49. P. 1. DOI: .10.3749/9780921294719.ch05
  8. E.M. Smith, M.Y. Krebs, P.-T. Genzel, F.E. Brenker. Rev. Miner. Geochem., 88, 451 (2022). DOI: 10.2138/rmg.2022.88.08
  9. J.P.E. Sellschop, S.H. Connell, C.C.P. Madiba, E. Sideras-Haddad, M.C. Stemmet, K. Bharuth-Ram, H. Appel, W. Kundig, B. Patterson, E. Holzschuh. Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res., 68, 133 (1992). DOI: 10.1016/0168-583X(92)96064-6
  10. B.I. Green, A.T. Collins, C.M. Breeding. Rev. Miner. Geochem., 88, 637 (2022). DOI: 10.2138/rmg.2022.88.12
  11. A.A. Shiryaev, D. Grambole, A. Rivera, F. Herrmann. Diam. Relat. Mater., 16, 1479 (2007). DOI: 10.1016/j.diamond.2006.12.005
  12. C. Haug, H. Gartner, J. Portmann, R. Samlenski, C. Wild, R. Brenn. Diam. Relat. Mater., 10, 411 (2001). DOI: 10.1016/S0925-9635(00)00372-1
  13. M.I. Heggie, S. Jenkins, C.P. Ewels, P. Jemmer, R. Jones, P.R. Briddon. J. Phys.: Condens. Mater., 12, 10263 (2000). DOI: org/10.1088/0953-8984/12/49/327
  14. M.C. Day, M.C. Jollands, D. Novella, F. Nestola, R. Dovesi, M.G. Pamato. Diam. Relat. Mater., 143, 110866 (2024). DOI: 10.1016/j.diamond.2024.110866
  15. G. Woods, A.T. Collins. J. Phys. Chem. Solids, 44, 471 (1983). DOI: 10.1016/0022-3697(83)90078-1
  16. W.A. Runciman, T. Carter. Solid State Commun., 9, 315 (1971). DOI: 10.1016/00381098(71)90001-9
  17. E. Fritsch, T. Hainschwang, L. Massi, B. Rondeau. New Diam. Front. Carbon Technol., 17, 63 (2007)
  18. F. Fuchs, C. Wild, K. Schwarz, W. Muller-Sebert, P. Koidl. Appl. Phys. Lett., 66 (2), 177 (1995). DOI: 10.1063/1.113126
  19. J.O. Wood. An Elusive Impurity: Studying Hydrogen in Natural Diamonds. Thesis. (The University of Bristol, 2020)
  20. M.N.R. Ashfold, L.P. Goss, B.L. Green, P.W. May, M.E. Newton, C.V. Peaker. Chem. Rev., 12, 1010 (2020)
  21. In: Impurities and defects in group IV elements, IV-IV and III-V compounds. Part a: Group IV elements. Ed. by O. Madelung, U. Rossler, M. Schulz (Landolt-Bornstein --- Group III Cond. Matt. book series , 2002). V. 41A2a. P. 211
  22. S. Liggins. Identication of point defects in treated single crystal diamond. PhD thesis (The University of Warwick, 2010)
  23. J.P. Goss. J. Phys.: Condens. Matter, 15, R551 (2003). DOI: 10.1088/0953-8984/15/17/201
  24. J.P. Goss, P.R. Briddon, V. Hill, R. Jones, M.J. Rayson. J. Phys.: Condens. Matter, 26, 145801 (2014). DOI: 10.1088/0953-8984/26/14/145801
  25. I. Kiflawi, D. Fisher, H. Kanda. Diam. Relat. Mater. 5, 1516-1518 (1996). DOI: 10.1016/S09259635(96)00568-7
  26. C. Haug, H. Gartner, J. Portmann, R. Samlenski, C. Wild, R. Brenn. Diam. Relat. Mater., 10, 411 (2001). DOI: 10.1016/S0925-9635(00)00372-1
  27. C.B. Hartland. A Study of Point Defects in CVD Diamond Using Electron Paramagnetic Resonance and Optical Spectroscopy. Thesis (The University of Warwick, 2014)
  28. C. Glover, M.E. Newton, P.M. Martineau, S. Quinn, D.J. Twitchen. Phys. Rev. Lett., 90, 185507 (2003). DOI: 10.1103/PhysRevLett.90.185507
  29. B.L. Cann. Magnetic resonance studies of point defects in diamond. Thesis (University of Warwick, 2009)
  30. D.J.L. Coxon, M. Staniforth, B.G.E. Greenough, J.P. Goss, M. Monti, J.L. Hughes, V.G. Stavros, M.E. Newton. J. Phys. Chem. Lett., 11, 6677 (2020). DOI: 10.1021/acs.jpclett.0c01806
  31. D.J.L. Coxon. A study of the relaxation dynamics of local vibrational modes associated with hydrogen in diamond. Thesis (University of Warwick, 2022)
  32. Ф.В. Каминский, С.Н. Шилобреева, Б.Я. Бер, Д.Ю. Казанцев. Доклады РАН. Науки о Земле, 494 (1), 43 (2020). DOI: 10.31857/S2686739720090091
  33. F.V. Kaminsky, V.B. Polyakov, B.Ya. Ber, D.Yu. Kazantsev, G.K. Khachatryan, S.N. Shilobreeva. Chem. Geol., 661, 122185 (2024). DOI: 10.1016/j.chemgeo.2024.122185
  34. F. De Weerdt, A.T. Collins. Diam. Relat. Mater., 15, 593 (2006). DOI: 10.1016/j.diamond.2006.01.005
  35. В.Т. Черепин. Ионный микрозондовый анализ (Наукова думка, Киев, 1992)
  36. D. Howell, C.J. O'Neill, K.J. Grant, W.L. Griffin, N.J. Pearson, S.Y. O'Reilly. Diam. Relat. Mater., 29, 29 (2012). DOI: 10.1016/j.diamond.2012.06.003
  37. C. Saguy, C. Cytermann, B. Fizgeer, V. Richter, Y. Avigal, N. Moriya, R. Kalish, B. Mathieu, A. Deneuville. Diam. Relat. Mater., 12, 623 (2003). DOI: 10.1016/S0925-9635(02)00403-X
  38. R.A. Khmelnitskiy, E.A. Zavedeev, A.V. Khomich, A.V. Gooskov, A.A. Gippius. Vacuum, 78, 273 (2005). DOI: 10.1016/j.vacuum.2005.01.038
  39. F.A. Stevie. Secondary Ion Mass Spectrometry. Applications for Depth Profiling and Surface Characterization (Momentum Press, N. Y., 2016)
  40. R.G. Wilson, F.A. Stevie, C.W. Magee. Secondary Ion Mass Spectrometry: A Practical Handbook for Depth Profiling and Bulk Impurity Analysis (Wiley, N. Y., 1989)
  41. International Standard ISO 18114:2003(E). Surface Chemical Analysis --- Secondary-Ion Mass Spectrometry --- Determination of Relative Sensitivity Factors from Ion Implanted Reference Materials (2003)
  42. J.P. Goss, R. Jones, M.I. Heggie, C.P. Ewels, P.R. Briddon, S. Oberg. Phys. Rev. B, 65, 115207 (2002). DOI: 10.1103/PhysRevB.65.115207
  43. E.E. Chen, M. Stavola, W.B. Fowler, J.A. Zhou. Phys. Rev. Lett., 88, 245503 (2002). DOI: 10.1557/PROC-813-H6.1

Учредители

Издатель

© 2025 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme