基于VIA族和IB族杂质深能级的硅亚带隙光谱响应机理研究

基本信息
批准号:61504139
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:20.00
负责人:胡少旭
学科分类:
依托单位:中国科学院半导体研究所
批准年份:2015
结题年份:2018
起止时间:2016-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:梁鹏,朱慧时,赵春华,娄世殊,张渊博
关键词:
带间跃迁深能级载流子输运光电导族杂质IBVIA
结项摘要

Silicon sub-bandgap spectral response has significant applications in integrated optical communications and night vision technology. It is found that ultrafast laser hyperdoping of VIA and IB group impurities into silicon can extend silicon response wavelength to 2200 nm. But, the physical mechanism behind the broad spectral response is still ambiguous up to now, and no valid evidence can explain this unique optoelectronic property. Evidently, sub-bandgap spectral response is caused by the absorption of low energy-photons and optical-to-electric conversion. However, the optical excitation and transition of low energy-photons in silicon bandgap is closely related to the impurity-introduced deep levels. So, in this item, the influence of ultrafast laser irradiation on the substitution, activation of VIA and IB group impurities in silicon, and on the properties of impurity-introduced deep levels will be investigated comprehensively by a combination of deep level transient spectroscopy method with photocurrent activation test technique under non equilibrium ion implantation doping. At last, the effects of impurity-introduced deep levels on the generation and recombination of photo carriers will be studied to illuminate the physical source of silicon near infrared spectral response broadened by the VIA and IB group impurities. Finally, the sub-bandgap spectral response model will be built based on theoretical physics to provide theoretical and technical guidance for the fabrication of novel silicon optoelectronic devices.

硅亚带隙光谱响应在集成光通信与夜视成像中具有重要的应用价值。研究发现,超快激光非平衡掺杂VIA族和IB族杂质,可将硅的光谱响应波长拓宽至2200 nm。但是,宽光谱响应背后的物理机制,至今仍处于猜测推究阶段,国际上尚无科学依据予以阐释。亚带隙光谱响应对应低能光子的吸收与光电转换。而杂质深能级与低能光子在硅能带中的激发跃迁紧密关联。基于此,该课题拟在非平衡离子注入掺杂下,借助深能级瞬态谱测试、光电流激活能测试等技术,深入剖析超快激光对VIA族和IB族深能级杂质的替位、激活以及对其深能级特性的物理修正作用。通过研究杂质深能级对光生载流子的激发复合过程,最终揭示VIA族和IB族杂质深能级拓宽硅近红外光谱响应的物理根源,并建立纯物理的亚带隙光电响应模型,为新型硅光电子器件的研发提供理论与技术指导。

项目摘要

本课题采用飞秒激光辐照在晶体硅表层掺杂硒、硫、金元素,开展了晶体硅表层特种光电材料特性和器件特性的探索研究,取得了良好的研究结果。其主要表现在:1)利用离子注入和飞秒激光辐照掺杂的方法,制备出表面平整的硫、硒元素重掺薄层,通过Hall、SIMS、ECV、背散射谱等测试分析,硫、硒杂质原子在晶体硅中的替位率约达到30%,激活率约达到10%,载流子浓度达到1x1017/cm3,达到半导体器件工作浓度。2)通过深能级瞬态谱测试分析,硒杂质在晶体硅中具有两处深能级,分别位于硅导带下0.34eV和0.525eV处,被认为是硒间隙杂质原子所产生。3)在上述基础上制备了掺硫、掺硒元素的硅pn结,其在980nm波长的量子效率超过300%,光电效应达到15A/W。另外,在硅中掺硒、硫、金都在1200至1600nm波段观察到红外响应特性,但这种红外的光电响应不高,主要是该红外响应与深能级有关。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
2

硬件木马:关键问题研究进展及新动向

硬件木马:关键问题研究进展及新动向

DOI:
发表时间:2018
3

主控因素对异型头弹丸半侵彻金属靶深度的影响特性研究

主控因素对异型头弹丸半侵彻金属靶深度的影响特性研究

DOI:10.13465/j.cnki.jvs.2020.09.026
发表时间:2020
4

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2018.02.019
发表时间:2018
5

青藏高原狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿混杂岩带时空结构与构造演化

青藏高原狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿混杂岩带时空结构与构造演化

DOI:10.3799/dqkx.2020.083
发表时间:2020

胡少旭的其他基金

相似国自然基金

1

深亚波长人工带隙的调控机理与新效应的研究

批准号:11874287
批准年份:2018
负责人:羊亚平
学科分类:A2205
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
2

宽禁带半导体发光材料的能隙拓宽和深能级控制

批准号:18670719
批准年份:1986
负责人:林振金
学科分类:A24
资助金额:2.00
项目类别:面上项目
3

掺杂调控II-VI族宽禁带半导体及衍生四元半导体中本征深能级的研究

批准号:11504368
批准年份:2015
负责人:韩冬
学科分类:A2004
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
4

关于亚纯函数的正规族和拟正规族理论

批准号:10671067
批准年份:2006
负责人:庞学诚
学科分类:A0201
资助金额:18.00
项目类别:面上项目