Ⅵ族元素摻雜黑硅材料及其性能的研究.pdf

1、黑硅材料因其寬光譜高吸收的特性以及低廉的制備成本，使其在高靈敏寬光譜硅基光電探測器及高性能太陽能電池制備方面有著巨大的潛力和優(yōu)勢。但是，單純的微結構硅在近紅外波段的光吸收特性仍然沒有較大的質變，因此本文在表面微結構制備的同時引入硫系元素（Se、Te）的摻雜，以雜質的摻入提高黑硅材料對能量小于晶體硅禁帶寬度的光子的吸收。
　　本文首先詳細地闡述摻雜黑硅的制備工藝：包括摻雜膜層的制備、飛秒激光刻蝕微結構、電極的選擇及制備等。為實現硫系

2、元素的摻雜，本文創(chuàng)造性的使用固體膜層摻雜的方式引入雜質源。即在飛秒激光刻蝕微結構前，將雜質元素以真空蒸鍍或者濺射的方式覆蓋于硅襯底表面。并且針對飛秒激光刻蝕搭建了完整的光路系統(tǒng)，可實現對光斑半徑、能量密度、脈沖數目等參數的控制。針對樣品的測試包括可見-近紅外波段的光吸收性質、表面形貌、霍爾效應和光敏特性。光敏特性的測試使用如下方式：以波長1064 nm的半導體激光器作為光源，Keithley4200-SCS型半導體特征分析系統(tǒng)為主要測試

3、儀器，對摻雜黑硅進行I-V特性的測試。從測試結果中擬合得到特定偏壓下摻雜黑硅的光電響應率。其中，Se摻雜黑硅材料可達到的最高光電響應率為0.7792 A/W，Te摻雜黑硅的最大響應則高達2.4836 A/W。
　　在前人研究的基礎上，進一步研究了退火時長對于摻雜黑硅光電特性的影響，以期對摻雜黑硅的制備起到指導作用。實驗發(fā)現隨著退火時間延長：摻雜黑硅的表面尖錐結構的高寬比逐漸減小，密集程度逐漸增加；近紅外波段光吸收率下降；載流子面密