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Wichtigste Fremdatome in Avogadro-Silizium bestimmt

04.06.2015

Die chemische Reinheit des Silizium-Materials ist bei der Neubestimmung der Avogadrokonstante von zentraler Bedeutung. Herstellungsbedingten Verunreinigungen im istotopisch angereicherten Einkristall haben je nach Art und Konzentration Einfluss auf den Gitterparameter und die volumenbezogene Masse.

Die Infrarotspektrometrie ist eine schnelle und unkomplizierte Methode zur Bestimmung von Verunreinigungen in kristallinem Silizium. Unter tiefkalten Bedingungen können artfremde Elemente mit hoher Sensitivität identifiziert und quantifiziert werden. Kalibrierspektren von Siliziumproben bekannten Gehaltes einer Verunreinigungs-Spezies werden dabei normalerweise zur Auswertung einzelner Absorptionsbanden herangezogen. Im Falle des mit 28Si monoisotopisch hoch angereicherten Avogadro-Siliziums stehen solche Proben jedoch nicht zur Verfügung. Deshalb wurde ein Modell entwickelt, mit dessen Hilfe die Verhältnisse von Silizium in natürlicher Isotopenverteilung übertragen werden können. Dies geschieht mit Hilfe eines Korrekturfaktors, der aus der Superposition der Anteile von isotopenbedingten Frequenzverschiebungen resultiert. Mit Hilfe erweiterter infrarotspektrometrischer Methoden können nun an der PTB sowohl die Konzentrationen der dominanten Verunreinigungen Sauerstoff und Kohlenstoff als auch Stickstoff und Elemente der dritten und fünften Hauptgruppe im „Si28“-Einkristall quantifiziert werden.