離子注入重?fù)诫s硅的能級調(diào)控及近紅外探測器應(yīng)用研究.pdf

1、受限于單晶硅的禁帶寬度，傳統(tǒng)的硅基探測器不能滿足近紅外波段的探測需求，近年來，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究和嘗試來提高硅基器件的性能。1998年，在 SF6氣氛下采用飛秒激光輻照法制備的硫族元素超摻雜硅在可見-近紅外波段的光吸收率高達(dá)90％，這一材料的出現(xiàn)受到了廣泛關(guān)注和深入研究，目前該材料可用于硅基器件的制備來提高器件的性能，如太陽能電池、光電探測器等。
　　在高能脈沖激光輻照下，單晶硅表面會發(fā)生快速融化和再凝固，利用SF6氣氛摻

2、雜在高能量情況下超過了硫元素在硅中的固溶度。摻雜的硫元素在硅的禁帶中引入了雜質(zhì)能帶，相當(dāng)于變相使禁帶變窄，從而使材料可以吸收近紅外波段的光。此外，激光燒蝕使得硅表面重構(gòu)并產(chǎn)生了一系列的尖錐陣列，樣品表面尖錐高度為微米數(shù)量級，當(dāng)光輻照到材料表面，會在尖錐中多次反射，使得材料對可見光的吸收也有顯著的提高。雖然在 SF6氣氛下采用飛秒激光制備的重?fù)诫s硅在可見-近紅外波段有很高的吸收，但是由于表面尖錐陣列高度較高，對器件制備造成了一定的障礙。離

3、子注入輔以飛秒激光的工藝很好地解決了這個問題，先通過離子注入將硫元素?fù)诫s到單晶硅表面，再使用較低的脈沖能量和脈沖數(shù)目的激光掃描硅片，在激活雜質(zhì)電學(xué)特性的同時，使得硅材料表面尖錐在數(shù)微米甚至納米量級。用該方法制備的重?fù)诫s硅材料對可見光的吸收率仍有90%，對近紅外波段的光的吸收率則下降到60%，但仍大幅度高于普通單晶硅。
　　通過對比不同離子注入濃度下制備的重?fù)诫s硅在可見-近紅外波段的吸收率，分析材料的吸收率和摻雜濃度的關(guān)系。通過霍爾

4、測試表征材料的電學(xué)性能，摻雜濃度最高時，載流子面密度接近1015cm-2，但載流子遷移率則隨摻雜濃度升高而降低到77cm2v-1s-1，這主要是由超高的摻雜濃度所引起。將重?fù)诫s硅材料制成N+/P光電二極管，測試器件的伏安特性曲線和光電響應(yīng)。分析不同離子注入劑量對探測器響應(yīng)度的影響，摻雜劑量低的材料雖然吸收率相對較低，但由于較高的載流子遷移率，在可見-近紅外波段仍擁有更高的響應(yīng)度。
　　飛秒激光結(jié)合離子注入的工藝提供了一種制備低成本