danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2019-63-4-430-436dan-630Research ArticleФИЗИКАPHYSICSФормирование фотоприемных структур ИК-диапазона путем пересыщения кремния теллуромFormation of the IR photodetecting structures based on silicon hyperdoped with telluriumКомаровФ. Ф.KomarovFadei F.

Комаров Фадей Фадеевич – член-корреспондент, д-р физ.-мат. наук, заведующий лабораторией

ул. Курчатова, 7, 220045, Минск

Komarov Fadey Fadeevich – Corresponding Member, D. Sc. (Physics and Mathematics), Professor, Head of the Laboratory

7, kurchatov Str., 220045, Minsk

komarovf@bsu.byНечаевН. С.NechaevNikita S.

Нечаев Никита Сергеевич – стажер младшего научного сотрудника

ул. Курчатова, 7, 220045, Минск

Nechaev Nikita Sergeevich – Junior researcher Intern

7, kurchatov Str., 220045, Minsk

nsnechaev@gmail.comПархоменкоИ. Н.ParkhomenkoIrina N.

Пархоменко Ирина Николаевна – канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник

ул. Курчатова, 5, 220045, Минск

Parkhomenko Irina Nikolaevna – Ph. D. (Physics and Mathematics), Senior researcher

5, kurchatov Str., 220045, Minsk

parkhomenko@bsu.byИвлевГ. Д.IvlevGennadii D.

Ивлев Геннадий Дмитриевич – канд. физ.-мат. наук, вед. науч. сотрудник

ул. Курчатова, 7, 220045, Минск

Ivlev Gennadii Dmitrievich – Ph. D. (Physics and Mathematics), Leading researcher

5, kurchatov Str., 220045, Minsk

ivlev-1947@mail.ruВласуковаЛ. А.VlasukovaLiudmila A.

Власукова Людмила Александровна – канд. физ.-мат. наук, заведующий лабораторией

ул. Курчатова, 5, 220045, Минск

Vlasukova Liudmila Aleksandrovna – Ph. D. (Physics and Mathematics), Head of the Laboratory

5, kurchatov Str., 220045, Minsk

vlasukova@bsu.byПилькоВ. В.PilkoVladimir V.

Пилько Владимир Владимирович – мл. науч. сотрудник

ул. Курчатова, 7, 220045, Минск

Pilko Vladimir Vladimirovich – Junior researcher

7, kurchatov Str., 220045, Minsk

pilkowladimir@gmail.comВендлерЭ.WendlerElke

Вендлер Эльке – профессор

пл. М. Вина, 1, 07743, Йена

Wendler Elke – Professor

1, Max Wein Platz, 07743, Jena

elke.wendler@uni-jena.deКомаровА. Ф.KomarovAlexander F.

Комаров Александр Фадеевич – д-р физ.-мат. наук, гл. науч. сотрудник

ул. Курчатова, 7, 220045, Минск

Komarov Alexander Fadeevich – D. Sc. (Physics and Mathematics), Chief researcher

7, kurchatov Str., 220045, Minsk

komarovaf@bsu.byИнститут прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко Белорусского государственного университетаA. N. Sevchenko Institute of Applied Physical Problems of Belarusian State UniversityБелорусский государственный университетBelarusian State UniversityЙенский университет имени Фридриха ШиллераFriedrich-Schiller-Universität201912092019634430436Copyright © Комаров Ф.Ф., Нечаев Н.С., Пархоменко И.Н., Ивлев Г.Д., Власукова Л.А., Пилько В.В., Вендлер Э., Комаров А.Ф., 20192019Комаров Ф.Ф., Нечаев Н.С., Пархоменко И.Н., Ивлев Г.Д., Власукова Л.А., Пилько В.В., Вендлер Э., Комаров А.Ф.Komarov F.F., Nechaev N.S., Parkhomenko I.N., Ivlev G.D., Vlasukova L.A., Pilko V.V., Wendler E., Komarov A.F.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/630

Слои кремния, легированные теллуром до концентраций (3–5)1020 см–3, получены ионной имплантацией с последующим импульсным лазерным отжигом. Показано, что 70–90 % внедренной примеси находится в позиции замещения в решетке кремния. Слои, гиперпересыщенные теллуром, проявляют существенное поглощение (35–66 %) в области длин волн 1100–2500 нм, причем коэффициент поглощения увеличивается с ростом длины волны. Проведено сравнение спектров поглощения имплантированных слоев после лазерного отжига, а также после равновесного и быстрого термического отжигов. Показано, что равновесный отжиг после имплантации ионов теллура увеличивает поглощение фотонов в области длин волн 1100–2500 нм на 4 % по сравнению с неимплантированным кремнием. После быстрого термического отжига поглощение в ИК-области возрастает лишь на 2 %.

The Si layers doped with Te up to the concentrations of (3–5)1020 cm–3 have been formed via ion implantation and pulsed laser melting. It is found, 70–90 % of the embedded impurity atoms are in substitution states in the silicon lattice. These layers have revealed significant absorption (35–66 %) in the wavelength λ range of 1100–2500 nm. In this case, the absorption coefficient increases with the λ growth. The absorption spectra of the implanted layers after pulsed laser melting, equilibrium furnace annealing, and rapid thermal annealing have been compared. It is shown that equilibrium furnace annealing increases the photon absorption by 4 % in the wavelength range of 1100–2500 nm in comparison with virgin Si. After rapid thermal annealing, the photon absorption in the IR-range increases only by 2 %.

ИК-фотодетекторыкремнийвысокодозная имплантация ионов Teимпульсный лазерный отжигрезерфордовское обратное рассеяниекомбинационное рассеяние светаспектры поглощенияIR photodetectorsTe hyperdoped with Siion implantationpulsed laser meltingRutherford backscattering spectroscopyRaman spectroscopyabsorption spectraReferencesVisible and near-infrared responsivity of femtosecond-laser microstructured silicon photodiodes / J. E. Carey [et al.] // Opt. Lett. – 2005. – Vol. 30, N 14. – P. 1773–1775. https://doi.org/10.1364/ol.30.001773Carey J. E., Crouch C. H., Shen M., Mazur E. Visible and near-infrared responsivity of femtosecond-laser microstructured silicon photodiodes. Optics Letters, 2005, vol. 30, no. 14, pp. 1773–1775. https://doi.org/10.1364/ol.30.001773Fabrication and subband gap optical properties of silicon supersaturated with chalcogens by ion implantation and pulsed laser melting / B. Bob [et al.] // J. Appl. Phys. – 2010. – Vol. 107 – Art. 123506. https://doi.org/10.1063/1.3415544Bob B., Kohno A., Charnvanichborikarm S., Warrender J. M., Umezu I., Tabbal M., Williams J. S., Aziz M. J. Fabrication and subband gap optical properties of silicon supersaturated with chalcogens by ion implantation and pulsed laser melting. Journal of Applied Physics, 2010, vol. 107, art. 123506. https://doi.org/10.1063/1.3415544Schibli, E. Deep impurities in silicon / E. Schibli, A. G. Milnes // Materials Science and Engineering. – 1967. – Vol. 2, N 4. – P. 173–180. https://doi.org/10.1016/0025-5416(67)90056-0Schibli E., Milnes A. G. Deep impurities in silicon. Materials Science and Engineering, 1967, vol. 2, no. 4, pp. 173–180. https://doi.org/10.1016/0025-5416(67)90056-0Room-temperature short-wavelength infrared Si photodetector / Y. Berencén [et al.] // Sci. Rep. – 2017. – Vol. 7, N 1. – Art. 43688. https://doi.org/10.1038/srep43688Berencén y., Prucnal S., Liu F., Skorupa I., Hübner R., Rebohle L., Zhou Sh., Schneider H., Helm M., Skorupa W. Room-temperature short-wavelength infrared Si photodetector. Scientifc Reports, 2017, vol. 7, no. 1, art. 43688. https://doi.org/10.1038/srep43688Shockley, W. Detailed balance limit of efciency of p–n junction solar cells / W. Shockley, H. J. Queisser // J. Appl. Phys. – 1961. – Vol. 32, N 3. – P. 510–519. https://doi.org/10.1063/1.1736034Shockley W., Queisser H. J. Detailed balance limit of efciency of p–n junction solar cells. Journal of Applied Physics, 1961, vol. 32, no. 3, pp. 510–519. https://doi.org/10.1063/1.1736034Luque, A. Increasing the efciency of ideal solar cells by photon induced transitions at intermediate levels / A. Luque, A. Martí // Phys. Rev. Lett. – 1997. – Vol. 78, N 26. – P. 5014–5017. https://doi.org/10.1103/physrevlett.78.5014Luque A., Martí A. Increasing the efciency of ideal solar cells by photon induced transitions at intermediate levels. Physical Review Letters, 1997, vol. 78, no. 26, pp. 5014–5017. https://doi.org/10.1103/physrevlett.78.5014Gossmann, H. J. Junctions for deep sub-100 nm MOS: How far will ion implantation take us? / H. J. Gossmann, C. S. Rafferty, P. Keys // MRS Proceedings. – 2000. – Vol. 610. – P. B1.2.1–B1.2.10. https://doi.org/10.1557/proc-610-b1.2Gossmann H. J., Rafferty C. S., keys P. Junctions for deep sub-100 nm MOS: How far will ion implantation take us? MRS Proceedings, 2000, vol. 610, pp. B1.2.1–B1.2.10. https://doi.org/10.1557/proc-610-b1.2Gossmann, H. J. Doping of Si thin flms by low temperature molecular beam epitaxy / H. J. Gossmann, F. C. Unterwald, H. S. Luftman // J. Appl. Phys. – 1993. – Vol. 73, N 12. – P. 8237−8241. https://doi.org/10.1063/1.353441Gossmann H. J., Unterwald F. C., Luftman H. S. Doping of Si thin flms by low temperature molecular beam epitaxy. Journal of Applied Physics, 1993, vol. 73, no. 12, p. 8237−8241. https://doi.org/10.1063/1.353441Insulator-to-Metal Transition in Selenium-Hyperdoped Silicon: Observation and Origin / E. Ertekin [et al.] // Phys. Rev. Lett. – 2012. – Vol. 108, N 2. – Art. 026401. https://doi.org/10.1103/physrevlett.108.026401Ertekin E., Winkler M. T., Recht D., Said A. J., Aziz M. J., Buonassisi T., Grossma J. C. Insulator-to-Metal Transition in Selenium-Hyperdoped Silicon: Observation and Origin. Physical Review Letters, 2012, vol. 108, no. 2, art. 026401. https://doi.org/10.1103/physrevlett.108.026401Hyperdoping silicon with selenium: solid vs. liquid phase epitaxy / S. Zhou [et al.] // Sci. Rep. – 2015. – Vol. 5, N 1. – Art. 8329. https://doi.org/10.1038/srep08329Zhou S., Liu F., Prucnal S., Gao k., khalid M., Baehtz C., Posselt M., Skorupa W., Helm M. Hyperdoping silicon with selenium: solid vs. liquid phase epitaxy. Scientifc Reports, 2015, vol. 5, no. 1, art. 8329. https://doi.org/10.1038/srep08329Thermal stability of Te-hyperdoped Si: Atomic-scale correlation of the structural, electrical and optical properties / M. Wang [et al.] // Phys. Rev. Materials. – 2019. – Vol. 3, N 4. – Art. 044606. https://doi.org/10.1103/physrevmaterials.3.044606Wang M., Hübner R., Xu C., Xie y., Berencén y., Heller R., Rebohle L., Helm M., Prucnal S., Zhou S. Thermal stability of Te-hyperdoped Si: Atomic-scale correlation of the structural, electrical and optical properties. Physical Review Materials, 2019, vol. 3, no. 4, art. 044606. https://doi.org/10.1103/physrevmaterials.3.044606Mayer, M. SIMNRA User’s Guide / M. Mayer. – Garching, 1997. – 62 p.Mayer, M. SIMNRA User’s Guide. Garching, 1997. 62 p.Simulation of the process of high dose ion implantation in solid targets / A. F. Komarov [et al.] // Nukleonika. – 1999. – Vol. 44, N 2. – P. 363–368.komarov A. F., komarov F. F., Żukowski P., karwat C., Shukan A. L. Simulation of the process of high dose ion implantation in solid targets. Nukleonika, 1999, vol. 44, no. 2, pp. 363–368.Feldman, L. C. Materials analysis by ion channeling: Submicron crystallography / L. C. Feldman, J. W. Mayer, S. T. Picraux. – New York, 1982. – 300 p.Feldman L. C., Mayer W., Picraux S. T. Materials analysis by ion channeling: Submicron crystallography. New york, 1982. 300 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.