Создание фотослоя на основе селена с помощью импульсного отжига

Abstract

В данной работе была исследована возможность создания фоточувствительных структур ИКдиапазона на основе кремния, легированного селеном свыше предела растворимости (hyper doped silicon). Полученные результаты могут быть использованы в солнечной энергетике, а также для создания фотоприёмных устройств ИК-диапазона. В настоящее время тепловизионные системы ИК-диапазона получили широкое распространение в медицине, автомобильной промышленности, строительстве и т.д. Основой для создания фотонных детекторов служат соединения A IIIB V и АIIB VI , в то время как для тепловых детекторов используют материалы с высоким температурным коэффициентом сопротивления. И то, и другое создаёт определённые технологические трудности при интеграции фоточувствительных элементов с электронной схемой управления и усиления, выполненной по традиционной кремниевой технологии. В то же время, использование кремния для детектирования ИК-излучения затруднительно, в силу его большой ширины запрещенной зоны. Расширить диапазон поглощения кремнием ИК-излучения возможно, например, за счёт примесного поглощения, для чего необходимо легирование кремния примесями, образующими глубокие уровни [1]. Одним из наиболее подходящих для данных задач элементом является селен за счет большого сечения фотоионизации и низкого сечения захвата. Однако селен имеет достаточно низкий предел растворимости в кремнии и высокий коэффициент диффузии. Первое снижает максимально достижимый квантовый выход, а второе ограничивает плотность фоточувствительных элементов. Решить обе этих проблемы можно, используя для формирования фоточувствительного слоя быстрый термический отжиг. При этом удаётся сформировать субмикронные легированные слои с концентрацией селена, превышающей предел растворимости [2]. Была отработана технология импульсного отжига для создания фоточувствительного слоя на основе селена. Структура и состав полученных слоёв контролировались с помощью рамановских спектров и спектров поглощения. Концентрация свободных носителей определялась с помощью вольт-фарадных характеристик и эффекта Холла. Фотоэлектрические свойства слоя были исследованы при 77К на фотосопротивлениях и фотодиодах. Результаты подтверждают возможность создания фоточувствительных структур ИК-диапазона на основе кремния, легированного селеном свыше предела растворимости.