Влияние режимов термообработки на структуру и оптические свойства слоев кремния, гипердопированных селеном

Ковальчук Н. С.; Мильчанин О. В.; Комаров Ф. Ф.; Пархоменко И. Н.; Романов И. А.; Гофэн Я.; Цзюньцзюнь С.; Харлович Ю. В.; Роговая И. С.

Влияние режимов термообработки на структуру и оптические свойства слоев кремния, гипердопированных селеном

Ковальчук Н. С.,

Мильчанин О. В.,

Комаров Ф. Ф.,

Пархоменко И. Н.,

Романов И. А., Гофэн Я. ,

Цзюньцзюнь С. , Харлович Ю. В., Роговая И. С.

2026

https://doi.org/10.29235/1561-8358-2026-71-1-67-78

Ионной имплантацией Se (3,1 · 1015 см–2, 140 кэВ) с последующими тремя типами изотермической тер мообработки и с использованием импульсного лазерного отжига (ИЛО, 70 нс, 2 Дж/см2) получены гипердопированные селеном слои кремния на кремнии. Резерфордовское обратное рассеяние (РОР) ионов He+ в случайном и каналированном режимах и просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) использовались для анализа структурного состояния, распределения концентрации внедренной примеси и примеси в узлах кристаллической решетки Si по глубине до и после термообработок. Результаты, полученные методом РОР, свидетельствуют о том, что после ИЛО 72 % внедренной примеси находится в замещающем положении, часть ее уходит на поверхность. При изотермических отжигах ~ 50 % атомов Se попадает в узлы решетки Si, часть их уходит на сток на глубине, соответствующей исходному интерфейсу аморфный слой – кристалл до термообработки. Заметное увеличение оптического поглощения (~ 20 %) в ИК-диапазоне (1,1–2,5 мкм) зарегистрировано только при ИЛО имплантированного слоя, а для изотермических отжигов оно не превышало 1–2 %. Результаты исследований свидетельствуют о том, что большая часть атомов Se в узлах решетки кремниевой матрицы после равновесных термообработок находится в электрически неактивных состояниях. Такой эффект можно объяснить формированием большого количества нейтральных комплексов атомов селена, когда они встраиваются в соседние узлы кремниевой решетки и образуют ковалентные связи друг с другом. Сверхпересыщенные селеном слои кремния являются перспективным материалом для изготовления эффективных широкополосных фотоприемников и солнечных элементов со встроенной промежуточной подзоной в запрещенной зоне кремния.

Ковальчук Н. С., Мильчанин О. В., Комаров Ф. Ф., Пархоменко И. Н., Романов И. А., Гофэн Я. , Цзюньцзюнь С. , Харлович Ю. В., Роговая И. С. Влияние режимов термообработки на структуру и оптические свойства слоев кремния, гипердопированных селеном. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук. 2026;71(1):67-78. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2026-71-1-67-78

Цитирование

Список литературы

1. Li, C. Infrared absorption and sub-bandgap photo-response of hyperdoped silicon by ion implantation and ultrafast laser melting / C. Li, J. H. Zhao, Z. G. Chen // Journal of Alloys and Compounds. – 2021. – Vol. 883. – Art. ID 160765. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160765

2. Hyperdoped silicon: Processing, properties, and devices / Z. Tong, M. Bu, Y. Zhang [et al.] // Journal of Semicon ductors. – 2022. – Vol. 43, № 9. – Art. ID 093101. https://doi.org/10.1088/1674-4926/43/9/093101

3. Слои кремния, гиперпересыщенные теллуром, для фотодиодов видимого и инфракрасного диапазонов / Ф. Ф. Комаров, C. Б. Ластовский, И. А. Романов [и др.] // Журнал технической физики. – 2021. – Т. 91, № 12. – С. 2028– 2039. https://doi.org/10.21883/JTF.2021.12.51769.144-21

4. Energy Levels of Defects Created in Silicon Supersaturated with Transition Metals / H. García, H. Castán, S. Dueñas [et al.] // Journal of Electronic Materials. – 2018. – Vol. 47. – P. 4993–4997. https://doi.org/10.1007/s11664-018-6227-4

5. Effect of Pulsed Laser Annealing on Optical Properties of Selenium-Hyperdoped Silicon / F. F. Komarov, I. N. Parkhomenko, O. V. Mil’chanin [et al.] // Optics and Spectroscopy. – 2021. – Vol. 129, № 10. – P. 1114–1124. https://doi.org/10.1134/S0030400X21080105

6. Feldman, L. C. Materials Analysis by Ion Channeling: Submicron Crystallography / L. C. Feldman, W. Mayer, S. T. Picraux. – New York: Academic, 1982. – 300 p. 7. Simulation of the process of two-beam ion implantation in multilayered and multicomponent targets / A. F. Komarov, F. F. Komarov, P. Żukowski [et al.] // Vacuum. – 2001. – Vol. 63, № 4. – P. 495–499. https://doi.org/10.1016/S0042-207X(01)00228-7

7. Kodera, H. Diffusion coefficients of Impurities in Silicon Melt / H. Kodera // Japanese Journal of Applied Physics. – 1963. – Vol. 2. – P. 212–216. https://doi.org/10.1143/JJAP.2.212

8. Борисенко, В. Е. Твердофазные процессы в полупроводниках при импульсном нагреве / В. Е. Борисенко. – Мн.: Наука и техника, 1992. – 247 с.

9. Dynamics of the nanosecond laser annealing of silicon / V. A. Pilipovich, V. Z. Malevich, G. D. Ivlev, V. V. Zhidkov // Journal of Engineering Physics. – 1985. – Vol. 48. – P. 228–233. https://doi.org/10.1007/BF00871878

10. Vydyanath, H. R. Defect pairing diffusion, and solubility studies in selenium‐doped silicon / H. R. Vydyanath, J. S. Lorenzo, F. A. Kröger // Journal of Applied Physics. – 1978. – Vol. 49, № 12. – P. 5928–5937. https://doi.org/10.1063/1.324560

11. Simon, M. S. Physics of Semiconductor Devices / M. S. Simon, L. Yiming, K. Ng. Kwok. – Ed. 4th. – Hoboken: John Wiley and Sons, 2021. – 944 p.

12. Investigation of tellurium-implanted silicon / T. F. Lee, R. D. Pashley, T. C. McGill, J. W. Mayer // Journal of Applied Physics. – 1975. – Vol. 46, № 1. – P. 381–388. https://doi.org/10.1063/1.321347

13. Таскин, А. А. Образование комплексов, связанных с атомами селена, в кремнии / А. А. Таскин, Е. Г. Тишковский // Физика и техника полупроводников. – 2002. – Т. 36, № 6. – С. 641–650.

14. Highly responsive tellurium-hyperdoped black silicon photodiode with single-crystalline and uniform surface microstructure / Z. Jia, Q. Wu, X. Jin [et al.] // Optics Express. – 2020. – Vol. 28, № 4. – P. 5239–5247. https://doi.org/10.1364/OE.385887

15. Silicon with Clusters of Impurity Atoms as a Novel Material for Optoelectronic and Photovoltaic Energetics / M. K. Bakhadyrhanov, U. X. Sodikov, D. Melibayev [et al.] // Journal of Materials Science and Chemical Engineering. – 2018. – Vol. 6, № 4. – P. 180–190. https://doi.org/10.4236/msce.2018.64017

16. Кремний с магнитными нанокластерами атомов марганца – новый класс фотомагнитных материалов / М. К. Бахадырханов, Х. М. Илиев, Г. Х. Мавлонов [и др.] // Журнал технической физики. – 2019. – Т. 89, № 3. – С. 421–425. https://doi.org/10.21883/JTF.2019.03.47179.184-18

Источник

Информация

Автор

Ковальчук Н. С. ОАО «Интеграл»
Мильчанин О. В. Институт прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко Белорусского государственного университета
Комаров Ф. Ф. Институт прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко Белорусского государственного университета
Пархоменко И. Н. Белорусский государственный университет
Романов И. А. Белорусский государственный университет
Гофэн Я. Школа науки, Цзяннаньский университет
Цзюньцзюнь С. Школа электронной и оптической инженерии и Школа гибкой электроники Нанкинского университета почт и телекоммуникаций
Харлович Ю. В. Институт прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко Белорусского государственного университета
Роговая И. С. Институт прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко Белорусского государственного университета

Страницы

67-78

Год издания

2026

Ключевые слова

Коллекции

Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук