Enriquecimiento de isótopos de Silicio

Abstract

El silicio isotópicamente puro ha despertado el interés de la industria de los semiconductores dado que su utilización contribuiría a mejorar las propiedades ópticas y electrónicas así como la conductividad térmica de los dispositivos electrónicos. En particular, el 28Si resultaría un sustrato ideal para el desarrollo de sistemas de información cuántica. La Disociación Multifotónica InfrarRoja (DMFIR) es un método de separación de isótopos con láser promisorio debido a la alta selectividad obtenida. En este trabajo se utilizó SiF4 como molécula de trabajo para el enriquecimiento isotópico de silicio por DMFIR en un jet molecular. Los experimentos se llevaron a cabo en una cámara de reacción de alto vacío con sendas ventanas para la transmisión de la radiación láser, una válvula pulsada para el ingreso de la muestra y un espectrómetro de masas de tiempo de vuelo como sistema de detección. La DMFIR se realizó con un láser de CO2 TEA y la ionización multifotónica de los fragmentos generados, con la 4ª armónica de un láser de Nd:YAG (266 nm). Se estudió la influencia de la presión de la muestra, de la longitud de onda y la fluencia del láser de disociación así como de los retardos entre la inyección de la muestra, los pulsos de disociación y de ionización y la adquisición de la señal por el detector en los factores de enriquecimiento de los distintos isótopos.

Isotopically pure silicon has aroused interest in the semiconductor industry since it would improve the optical and electronic properties as well as the thermal conduction of the electronic devices. Particularly, 28Si would be an ideal medium for quantum information systems. Laser isotope separation based on the Infrared Multiple-Photon Dissociation technique (IRMPD) is a promising method of enrichment due to its high selectivity. In this work SiF4 has been used as precursor molecule for silicon isotopes enrichment by IRMPD in a molecular jet. The experiments were performed in a facility consisting of a high vacuum reaction chamber with several windows for laser radiation transmission, a pulsed valve for sample inlet and a time-of-flight mass spectrometer as detection system. The IRMPD was carried out with a TEA CO2 laser and the multiphoton ionization of the fragments generated, with the 4th harmonic of a Nd:YAG laser (266 nm). The influence of the sample pressure, the laser fluence and wavelength as well as of the delay times between the sample injection, the dissociation and ionization pulses and the detector signal acquisition on the enrichment factors of the different isotopes has been studied.