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Intracenter dipole transitions of a hydrogen-like boron acceptor in diamond: oscillator srengths and line broadening

Prikhodko, D. D. und Pavlov, Sergey und Tarelkin, S. A. und Bormashov, V. S. und Buga, S. G. und Kuznetsov, M. S. und Terentiev, S. A. und Nosukhin, S. A. und Hübers, Heinz-Wilhelm und Blank, V. D. (2021) Intracenter dipole transitions of a hydrogen-like boron acceptor in diamond: oscillator srengths and line broadening. Diamond and Related Materials, 120, Seite 108629. Elsevier. doi: 10.1016/j.diamond.2021.108629. ISSN 0925-9635.

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Kurzfassung

Substitutional boron in diamond acts as an acceptor center with the ionization energy of about 372 meV. Unlike its analogues in elemental semiconductors (silicon, germanium), boron bound states are poorly described by the electronic mass approximation due to the large ionization energy and the small spin-orbit splitting of the valence band in diamond. Thereby experimental investigations appear to be a main way of study of discrete electronic states of boron in diamond. In this paper, we report infrared (IR) absorption spectroscopy results obtained for HPHT-grown single crystal diamonds doped with natural boron (80% 11B – 20% 10B), and with isotopically enriched boron (99% 11B – 1% 10B). A moderate dopant concentration (1e16–1e17 / cm3), low concentration of lattice defects and vanishing thermal impact at cryogenic temperatures provided significantly reduced line broadening so that more than 60 boron transitions could be spectrally resolved. Mathematical approximation of the spectral lines revealed the main empiric features of zero-phonon dipole intracenter transitions: their energy, linewidth and integrated absorption. This allowed us to calculate oscillator strength of the boron acceptor transitions in diamond. The Lorentzian shape of the spectral lines indicates dominating uniform broadening of the transitions. Together with the relatively broad linewidths (0.1–0.5 meV) it reveals strong electron-phonon interaction in boron-doped diamond.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/144548/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Intracenter dipole transitions of a hydrogen-like boron acceptor in diamond: oscillator srengths and line broadening
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Prikhodko, D. D.Technological Institute for Superhard and Novel Carbon Materials, Troitsk, Moscow, RussiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pavlov, SergeySergeij.Pavlov (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tarelkin, S. A.Technological Institute for Superhard and Novel Carbon Materials, Troitsk, Moscow, RussiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bormashov, V. S.The All-Russian Research Institute for Optical and Physical Measurements, Moscow, RussiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Buga, S. G.Technological Institute for Superhard and Novel Carbon Materials (TISNCM), Troitsk, Moscow, RussiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kuznetsov, M. S.Technological Institute for Superhard and Novel Carbon Materials, Troitsk, Moscow, RussiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Terentiev, S. A.Technological Institute for Superhard and Novel Carbon Materials, Troitsk, Moscow, RussiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nosukhin, S. A.Technological Institute for Superhard and Novel Carbon Materials, Troitsk, Moscow, RussiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hübers, Heinz-WilhelmHeinz-Wilhelm.Huebers (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Blank, V. D.Technological Institute for Superhard and Novel Carbon Materials, Troitsk, Moscow, RussiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 Oktober 2021
Erschienen in:Diamond and Related Materials
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:120
DOI:10.1016/j.diamond.2021.108629
Seitenbereich:Seite 108629
Verlag:Elsevier
ISSN:0925-9635
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Boron-doped diamond Infrared absorption spectroscopy Oscillator strength Natural linewidth
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DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Detektoren für optische Instrumente
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Institute & Einrichtungen:Institut für Optische Sensorsysteme > Terahertz- und Laserspektroskopie
Hinterlegt von: Pavlov, Dr. Sergey
Hinterlegt am:19 Okt 2021 10:04
Letzte Änderung:20 Okt 2023 08:07

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