Arbeitsgruppe Silizium & Germanium - Publikationen


D. Borisova, N. V. Abrosimov, K. Shcherbachev, V. Klemm, G. Schreiber, D. Heger, U. Juda, V. Bublik, H. Oettel
Evolution of Real Structure in Ge-Si Mosaic Crystals    
CRYST RES TECHNOL 51 (2016) 742 – 751
doi: 10.1002/crat.201600248

Yu. M. Pokotilo, A. N. Petukh, V. V. Litvinov, V. P. Markevich, N. V. Abrosimov, A. S. Kamyshan, A. V. Giro,  K. A. Solyanikova
Formation of Donors in Germanium–Silicon Alloys Implanted with Hydrogen Ions with Different Energies
SEMICONDUCTORS 50 (2016) 1122 – 1124
doi: 10.1134/S1063782616080182

L. I. Khirunenko, M. G. Sosnin, A. V. Duvanskii, N. V. Abrosimov, H. Riemann
Defects Involving Interstitial Boron in Low-Temperature Irradiated Silicon
PHYS REV B 94  (2016) 235210
doi: org/10.1103/PhysRevB.94.235210

D. P. Franke, M. Szech, F. M. Hrubesch, H. Riemann, N. V. Abrosimov, P. Becker, H.-J. Pohl, K. M. Itoh, M. L.W. Thewalt, M. S. Brandt
Electron Nuclear Double Resonance with Donor-Bound Excitons in Silicon
PHYS REV B 94 (2016) 235201
doi: org/10.1103/PhysRevB.94.235201

V. V. Emtsev, N. V. Abrosimov, V. V. Kozlovskii, G. A. Oganesyan, and D. S. Poloskin
Some Challenging Points in the Identification of Defects in Floating-Zone n-Type Silicon Irradiated with 8 and 15 MeV Protons
SEMICONDUCTORS 50 (2016) 1291 – 1298    
doi: 10.1134/S1063782616100122

N. Arutyunov, N. Bennett, N. Wight, R. Krause-Rehberg, V. Emtsev, N. Abrosimov, V. Kozlovski
Positron Probing of Disordered Regions in Neutron-Irradiated Silicon
PHYS STAT SOLIDI B 253 (2016) 2175 - 2179
doi: 10.1002/pssb.201600644

A. V. Andrianov, A. O. Zakhar’in, R. Kh. Zhukavin, V. N. Shastin, D. V. Shengurov, N. V. Abrosimov
Terahertz Emission at Impurity Electrical Breakdown in Si(Li)
TECH PHYS LETT 42 (2016) 1031 - 1033
doi: 10.1134/S1063785016100163

K. A. Kovalevsky, R. Kh. Zhukavin, V. V. Tsyplenkov, S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, N. V. Abrosimov, V. N. Shastin    
Polarization of the Induced THz Emission of Donors in Silicon
SEMICONDUCTORS 50 (2016) 1673 - 1677
doi: 10.1134/S106378261612010

K.J. Morse, R.J.S. Abraham, D.P. Franke, N.V. Abrosimov, M.L.W. Thewalt
Even-Parity Excited States of the Acceptor Boron in Silicon Revisited.
PHYS REV B 93 (2016) 125207
doi: 10.1103/PhysRevB.93.125207

A.P. Detochenko, S.A. Denisov, M.N. Drozdov, A.I. Mashin, V.A. Gavva, A.D. Bulanov, A.V. Nezhdanov, A.A. Ezhevskii, M.V. Stepikhova, V.Yu. Chalkov, V.N. Trushin, D.V. Shengurov, V.G. Shengurov, N.V. Abrosimov, H. Riemann
Epitaxially Grown Monoisotopic Si, Ge, and Si1–xGex Alloy Layers: Production and Some Properties.
SEMICONDUCT 50 (2016) 345 - 348

A.V. Soukhorukov, D.V. Guseinov, A.V. Kudrin, S.A. Popkov, A.P. Detochenko, A.V. Koroleva, A.A. Ezhevskii, A.A. Konakov, N.V. Abrosimov, H. Riemann
The Impurity Spin-Dependent Scattering Effects in the Transport and Spin Resonance of Conduction Electrons in Bismuth-Doped Silicon.
SOLID STATE PHENOM 242 (2016) 327 - 331

A.A. Ezhevskii, A.P. Detochenko, S.A. Popkov, A.A. Konakov, A.V. Soukhorukov, D.V. Guseinov, D.G. Zverev, G.V. Mamin, N.V. Abrosimov, H. Riemann
Spin Relaxation Times of Donor Centers Associated with Lithium in Monoisotopic 28 Si
SOLID STATE PHENOM 242 (2016) 322 - 326    

V.V. Emtsev, N.V. Abrosimov, V.V. Kozlovskii, G.A. Oganesyan
Electrical Properties of Defects in Ga-Doped Ge Irradiated with Fast Electrons and Protons.
SOLID STATE PHENOM 242 (2016) 316-321

L. Khirunenko, M. Sosnin, A. Duvanskii, N. Abrosimov, H. Riemann
Boron-Related Defects in Low Temperature Irradiated Silicon.
SOLID STATE PHENOM 242 (2016) 285-289

R. Stübner, Vl. Kolkovsky, J. Weber, N. Abrosimov
Carbon-Hydrogen Complexes in n- and p-Type SiGe-Alloys Studied by Laplace Deep Level Transient Spectroscopy.
SOLID STATE PHENOM 242 (2016) 184 - 189

A. V. Soukhorukov, D.V. Guseinov, A.V. Kudrin, S. A. Popkov, A. P. Detochenko, A. V. Koroleva, A. A. Ezhevskii, A. A. Konakov, N. V. Abrosimov, H. Riemann    
The Impurity Spin-Dependent Scattering Effects in the Transport and Spin Resonance of Conduction Electrons in Bismuth Doped Silicon.   
Solid State Phenom 242 (2016) 327 - 331            

V. V. Emtsev, N. V. Abrosimov, V. V. Kozlovskii, G. A. Oganesyan    
Electrical Properties of Defects in Ga-Doped Ge Irradiated with Fast Electrons and Protons.
SOLID STATE PHENOM 242 (2016) 316 - 321            

L. Khirunenko, M. Sosnin, A. Duvanskii, N. Abrosimov, H. Riemann
Boron-Related Defects in Low Temperature Irradiated Silicon.    
SOLID STATE PHENOM 242 (2016) 285 - 289                

N. Dropka, M. Czupalle, T. Ervik, F.M. Kiessling        
Scale up Aspects of Directional Solidification and Czochralski Silicon Growth Processes in Traveling Magnetic Fields.
J CRYST GROWTH 451 (2016) 95 - 102   

S. G. Pavlov, N. Deßmann, A. Pohl, V. B. Shuman, L. М. Portsel, А. N. Lodygin, Yu. A. Astrov,S. Winnerl, H. Schneider, N. Stavrias, A. F. G. van der Meer, V. V. Tsyplenkov, K. A. Kovalevsky, R. Kh. Zhukavin, V. N. Shastin, N. V. Abrosimov, H.-W. Hübers
Dynamics of Nonequilibrium Electrons on Neutral Center States of Interstitial Magnesium Donorsin Silicon.
PHYS REV B, 94 (2016) 075208-1

A. V. Andrianov, A. O. Zakhar’in, R. Kh. Zhukavin, V. N. Shastin, N. V. Abosimov,  A. V. Bobylev
Terahertz Intracenter Photoluminescence of Silicon with Lithium at Interband Excitation.
JETP Letters, Optics and Laser Physics 100 (2015)  771-775
doi: 10.1134/S0021364014240035

R. Lo Nardo, G. Wolfowicz, S. Simmons, A.M. Tyryshkin, H. Riemann, N.V. Abrosimov, P. Becker, H.-J. Pohl, M. Steger, S.A. Lyon, M.L.W. Thewalt, J.J.L. Morton
Spin Relaxation and Donor-Acceptor Recombination of Se+ in 28-Silicon.
Phys. Rev. B 92 (2015) 165201
doi: 10.1103/PhysRevB.92.165201

F. Meurer, M. Neubert, N. Werner
Nonlinear State Estimation for the Czochralski Process Based on the Weighing Signal Using an Extended Kalman Filter.
J Cryst Growth 419 (2015) 57 - 63            

K. Saeedi, M. Szech, P. Dluhy, J.Z. Salvail, K.J. Morse, H. Riemann, N.V. Abrosimov, N. Nötzel, K.L. Litvinenko, B.N. Murdin, M.L.W. Thewalt
Optical Pumping and Readout of Bismuth Hyperfine States in Silicon for Atomic Clock Applications.
Scientific Reports 5 (2015) 10493

J. Z. Salvail, P. Dluhy, K. J. Morse, M. Szech, K. Saeedi, J. Huber, H. Riemann, N. V. Abrosimov, P. Becker, H.-J. Pohl, M.L.W. Thewalt
Optically Enabled Magnetic Resonance Study of 75As and 121Sb in 28Si.
Phys. Rev. B 92 (2015) 195203-1 - 195203-11
doi: 10.1103/PhysRevB.92.195203

P.G. Sennikov, R.A. Kornev, N.V. Abrosimov
Production of Stable Silicon and Germanium Isotopes via Their Enriched Volatile Compounds.
J RADIOANAL NUCL CH 306 (2015) 21 - 30

R.Kh. Zhukavin, K.A. Kovalevsky, M.L. Orlov, V.V. Tsyplenkov, N.A. Bekin, A.N. Yablonskiy, P.A. Yunin, S.G. Pavlov, N.V. Abrosimov, H.-W. Hübers, H.H. Radamson, V.N. Shastin
Terahertz-Range Spontaneous Emission Under the Optical Excitation 1f Donors in Uniaxially Stressed Bulk Silicon and SiGe/Si Heterostructures.
SEMICONDUCTORS 49 (2015) 13 - 18

N. Deßmann, S.G. Pavlov, A. Pohl, N.V. Abrosimov, S. Winnerl, M. Mittendorff, R.Kh. Zhukavin, V.V. Tsyplenkov, D.V. Shengurov, V.N. Shastin, H.-W. Hübers
Lifetime-Limited, Subnanosecond Terahertz Germanium Photoconductive Detectors.
APPL PHYS LETT 106 (2015) 171109

S.G. Pavlov, N. Deßmann, A. Pohl, N.V. Abrosimov, M. Mittendorff, S.Winnerl, R.Kh. Zhukavin, V.V. Tsyplenkov, D.V. Shengurov, V.N. Shastin, H.-W. Hübers
Towards a Life-Time-Limited 8-Octave-Infrared Photoconductive Germanium Detector.
J PHYS Conf. Series 647 (2015) 012070
doi: 10.1088/1742-6596/647/1/012070

M. Wünscher, R. Menzel, H. Riemann, A. Lüdge
Combined 3D and 2.5D Modelling of the Floating Zone Process with Comsol Multiphysics.
J CRYST GROWTH 385 (2014) 100 - 105

N.M. Barrière, J.A. Tomsick, S.E. Boggs, A. Lowell, C. Wade, M. Baugh, P. von Ballmoos, N.V. Abrosimov, L. Hanlon
Developing a Method for Soft Gamma-Ray Laue Lens Assembly and Calibration.
NUCL INSTR METH PHYS RES A 741 (2014) 47 - 56

H.-J. Rost, R. Menzel, H. Riemann, M. Wuenscher, S. Haufe
Improvement of the Growth Stability for Large Diameter Si-Float-Zone Crystals by Controlling the Gas Flow.
PHYS STATUS SOLIDI  211 (2014) 2471 - 2474

S. Richter, M. Werner, M. Schley, F. Schaaff, H. Riemann, H.-J. Rost, F. Zobel, R. Kunert, P. Dold, C.Hagendorf
Influence of Slim Rod Material Properties to the Siemens Feed Rod and the Float Zone Process.
Energy Procedia 55 (2014) 596 - 601

M. Neubert, J. Winkler
Nonlinear Model-Based Control of the Czochralski Process IV: Feedforward Control and its Interpretation from the Crystal Grower's View.
J CRYST GROWTH 404 (2014) 210 - 222

S.G. Pavlov, N. Deßmann, V.N. Shastin, R.Kh. Zhukavin, B. Redlich, A.F.G. van der Meer, M. Mittendorff, S. Winnerl, N.V. Abrosimov, H. Riemann, H.-W. Hübers
Terahertz Stimulated Emission from Silicon Doped by Hydrogenlike Acceptors.
PHYS REV X 4 (2014) 021009

N. Deßmann, S.G. Pavlov, V.N. Shastin, R.Kh. Zhukavin, V.V. Tsyplenkov, S. Winnerl, M. Mittendorff, N.V. Abrosimov, H. Riemann, H.-W. Hübers
Time-Resolved Electronic Capture in N-Type Germanium Doped with Antimony.
PHYS REV B 89 (2014) 035205

G. Wolfowicz, A.M. Tyryshkin, R.E. George, H. Riemann, N.V. Abrosimov, P. Becker, H.-J. Pohl, M.L.W. Thewalt, S.A. Lyon, J.J.L. Morton
Atomic Clock Transitions in Silicon-Based Spin Qubits.
NAT NANOTECHNOL 8 (2013) 561 - 564

E. Bagli, L. Bandiera, V. Guidi, A. Mazzolari, D. De Salvador, G. Maggioni, A. Berra, D. Lietti, M. Prest, E. Vallazza, N.V. Abrosimov
Coherent Effects of High-Energy Particles in a Graded Si1-x Gex.
PHYS REV LETT 110 (2013) 175502

A.V. Gusev, V.A. Gavva, E.A. Kozyrev, H. Riemann, N.V. Abrosimov
Crucibles for Czochralski Growth of Isotopically Enriched Silicon Single Crystals.
INORG MATER 49 (2013) 1167 - 1169

H. Wu, E.M. Gauger, R.E. George, M. Möttönen, H. Riemann, N.V. Abrosimov, P. Becker, H.-J. Pohl, K.M. Itoh, M.L.W. Thewalt, J.J.L. Morton
Geometric Phase Gates with Adiabatic Control in Electron Spin Resonance.
PHYS REV A 87 (2013) 032326

H.-W. Hübers, S.G. Pavlov, S.A. Lynch,Th. Greenland, K.L. Litvinenko, B. Murdin, B. Redlich, A.F.G. van der Meer, H. Riemann, N.V. Abrosimov, P. Becker, H.-J. Pohl, R.Kh. Zhukavin, V.N. Shastin
Isotope Effect on the Lifetime of the 2p0 State in Phosphorus-Doped Silicon.
PHYS REV B 88 (2013) 035201

A.A. Ezhevskii, S.A. Popkov, A.V. Soukhorukov, D.V. Guseinov, V.A. Gavva, A.V. Gusev, N.V. Abrosimov, H. Riemann
Monoisotopic Silicon 28 in Spin Resonance Spectroscopy of Electrons Localized at Donors.
SEMICONDUCTORS 47 (2013) 203 - 208

K. Saeedi, S. Simmons, J.Z. Salvail, P. Dluhy, H. Riemann, N.V. Abrosimov, P. Becker, H.-J. Pohl, J.J.L. Morton, M.L.W. Thewalt
Room-Temperature Quantum Bit Storage Exceeding 39 Minutes Using Ionized Donors in Silicon 28.
SCIENCE 342 (2013) 830 - 833

K.A. Kovalevsky, R.Kh. Zhukavin, V.V. Tsyplenkov, V.N. Shastin, N.V. Abrosimov, H. Riemann, S.G. Pavlov, H.-W. Hübers
Shallow-Donor Lasers in Uniaxially Stressed Silicon.
SEMICONDUCTORS 47 (2013) 235 - 241


N. Abrosimov, J. Fischer, M. Renner, H. Riemann
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Einkristallen aus Halbleitermaterial.
Deutsches Patent und Markenamt 2011-06-01, Europäisches Patentamt 2012-10-03, United States Patent and Trademark Office 2012-11-15, Weltpatentamt 2011-06-03
DE 102010052522 A1, DE 102010052522 B4  EP2504470 A1US20120285369 A1WO2011063795 A1

Arbeitsgruppe Silizium & Germanium - Methoden


  • FZ-Züchtung versetzungsfreier Kristalle mit einem Durchmesser bis zu 150 mm
  • Pedestal-Züchtung von langen und dünnen Kristallen (Seelen)
  • Gasphasen-Dotierung für sehr große (1018 cm-3) und sehr kleine (1012 cm-3) Bor- und Phosphor- Konzentrationen
  • Pillen-Dotierung z.B. mit Übergangsmetallen
  • Dotierung mit isoelektrischen Störstellen (N, O, C, H, Sn, Ge...)
  • Mini-Czochralski-Züchtung (CZ) von 28Si, 29Si, 30Si -Isotopen-Kristallen
  • Globale Simultion zur Optimierung des Züchtungsprozesses


  • Cz-Züchtung von p- und n-leitendem Ge mit einem Durchmesser bis zu 50 mm
  • Gasphasen-Dotierung für Bor und Phosphor nach dem  Mini-Cz-Verfahren
  • Cz-Züchtung von hochreinem Ge mit einem Durchmesser bis zu 76 mm in Wasserstoff-Atmosphäre
  • Mini-Cz-Züchtung von 72Ge, 73Ge, 74Ge und 76Ge -Isotopen-Kristallen
  • Zonen-Reinigung


  • Entwicklung von Züchtungsmethoden für das stabile Wachstum von Silizium-Germanium-Kristallen
  • Züchtung von GeSi-Kristallen nach dem Cz-Verfahren  mit kontinuierlicher Nachchargierung der Schmelze mit festem Si
  • Regelung des Züchtungsprozesses auf der Basis eines Gewichtssensors für den wachsenden Kristall
  • Züchtung von SiGe-Gradientenkristallen für Röntgen- und γ-Monochromatoren

Arbeitsgruppe Silizium & Germanium - Überblick

Die Züchtung von Halbleiterkristallen hoher Reinheit, Strukturperfektion und ausreichender Größe war und ist die wesentliche Grundlage für die Entwicklung der Bauelemente der modernen Festkörperelektronik von den diskreten Germaniumtransistoren der 50er Jahre bis zu den heutigen ICs, auf denen jeweils bis zu vielen Milliarden von Transistorfunktionen auf einem Silizium-Chip integriert sind. Diese 'klassischen' Halbleiter stellen auch die Basis der Steuerung und Erzeugung von Elektroenergie in Leistungselektronik und Photovoltaik dar. Beim Silizium sind neben den universellen Materialparametern besonders die praktisch unbegrenzte globale Verfügbarkeit bei niedrigen Kosten hervorzuheben. Die Materialforschung an diesen Klassikern bringt immer wieder Ansätze für neue Entwicklungsfelder, wie z.B. die Quantenelektronik mit isotopenreinem Silizium und thermoelektrische Energiewandler mit Si-Ge-Mischkristallen, die am IKZ mit sehr unterschiedlichen Anteilen gezüchtet werden können und auch effektive Röntgen- und γ- Monochromatoren ergeben.

Der aussichtsreichste Ansatz für eine auf einem natürlichen Standard basierende und gleichzeitig genauere Neudefinition des Kilogramm-Maßstabs wurde unter Leitung der PTB Braunschweig entwickelt und beruht auf isotopenreinen 28Si Silizium Kristallen, die am IKZ gezüchtet wurden und deren Reinheit und Struktur weiter vervollkommnet wird.


Auch die Grundlagenforschung profitiert von neuen Materialen. Die fast verschwindende inhomogene Verbreiterung der Spektrallinien an solchen Kristallen erlaubt es, die Struktur wichtiger Si-Störstellen aufzuklären und bewirkt weiterhin ungewöhnlich langlebige Spin-Kohärenz, die für die 'Spintronik' interessant ist. Ultrareine Germaniumkristalle werden für hochempfindliche Strahlungsdetektoren benötigt, wie sie im Projekt GERDA zur Aufklärung des neutrinolosen Doppel-β-Zerfalls vorgesehen sind.

In der Gruppe Si &G wird für Kristalle aus Silizium -einschließlich isotopenreinen- überwiegend das tiegelfreie Floating Zone (FZ) Verfahren angewendet, das höchste Reinheiten ermöglicht, aber auch gezielte Dotierungen mit Akzeptoren (z.B. B) und Donatoren (z. B. P) erlaubt. Auch die Dotierung mit 'exotischen' Elementen wie z.B. Bi, Ga, Al, Sb, Au, etc. wurden schon mit teils modifizierten Verfahren wie Pedestal durchgeführt. Die vier vorhandenen FZ- Züchtungsanlagen erlauben bisher Kristalle bis 150mm Durchmesser. Daneben stehen auch mehrere kleinere Czochralski (Cz) Anlagen für die Züchtung kleinerer Kristalle aus dem Tiegel für Si (d<52mm), SixGe1-x (d<20…40mm) und ultrareinem oder auch dotiertem Ge (d<76mm) zur Verfügung, die für den jeweiligen Zweck ausgelegt sind bzw. angepasst werden können. Spezielle Verfahren für die Kristallzüchtung aus kleinen Ausgangsmaterialmengen (z.B. von isotopenreinem Si und Ge) oder für dünne (d=4…10mm) Si-Stäbe wurden einsatzbereit entwickelt.

Da Informationen über die Wachstumsphasengrenze des Kristalls für die Verfahrensentwicklung sowie für die numerische Prozesssimulation unerlässlich sind, wurde in der Gruppe ein spezielles photoelektrisches Kristalldiagnoseverfahren - Lateral Photovoltage Scanning (LPS) -  bis zur Reife entwickelt. An solchen Messungen als Dienstleistung besteht vielfältiges Interesse auch außerhalb des IKZ.


N.V. Abrosimov, S.N. Rossolenko, W. Thieme, A. Gerhardt, W. Schröder,
Czochralski Growth of Si- and Ge-Rich Single Crystals.
J CHRIST GROWTH 174 (1997) 182 - 186 

P. Becker, H.-J. Pohl, H. Riemann, N.V. Abrosimov
Enrichment of Silicon for a Better Kilogram.
PHYS STATUS SOLIDI A 207 (2010) 49 - 66

A.M. Tyryshkin, S. Tojo, J.J.L. Morton, H. Riemann, N.V. Abrosimov, P. Becker, H.-J. Pohl, T. Schenkel, M.L.W. Thewalt, K.M. Itoh, S.A. Lyon
Electron Spin Coherence Exceeding Seconds in High-Purity Silicon Electron Spin Coherence Exceeding Seconds in High-Purity Silicon.
Nature Materials 11 (2012) 143 - 147

H.-J. Rost, R.Menzel, A.Luedge, H.Riemann
Float-Zone Silicon Crystal Growth at Reduced RF-Frequencies
J CHRIST GROWTH 360 (2012) 182 -186

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