飞秒激光过饱和掺杂硅基光电探测器研究进展

发布时间：2024-03-22 21:56

　　基于过饱和掺杂硅材料制备的光电探测器表现出低电压高增益、可见光到近红外波段宽光谱响应等优点,主要介绍了飞秒激光过饱和掺杂的作用机制,以及相应硅基光电探测器的国内外研究进展,具体讨论了如何提升器件响应、抑制暗电流、改善材料晶格质量、提升载流子输运能力等问题,介绍了器件在柔性光电子领域的应用拓展,并展望了飞秒激光过饱和掺杂硅基光电探测器的发展前景。

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【部分图文】：

图1脉冲激光熔化和再固化过程中掺杂剂扩散过程的示意图[24]

2015年Sher等[24]提出了一个掺杂模型来描述飞秒激光辐照硅表面时的熔融再凝固的掺杂过程（图1）。如果液体中的掺杂浓度高于固体中的最大溶解度，再凝固动力学决定了固体内捕获的掺杂剂（溶质）的数量，其具体取决于掺杂剂的扩散速度和液相的再凝固速度。当凝固速度大于扩散速度时，形成过....

图2黑硅表面的选区电子衍射图像和结电流电压特性[20]。（a）退火前和（b）退火后（975K,30min）黑硅表面的选区电子衍射图像；（c）激光掺杂区与p型衬底之间的结电流电压特性

Gimpel等[32]等通过电子背散射实验分析了飞秒激光过饱和掺杂黑硅时的结晶度，他们发现，脉冲尾端重叠处会因积累效应出现非晶现象，反而使用特定脉冲可以在脉冲中心处得到良好的单晶，通过退火，整个区域可以再结晶为单晶。所以Winkler等[20]使用单脉冲打点制作了一块大面积黑硅。....

图3黑硅光电探测器的光电性质。（a）无掺杂黑硅光电探测器的明暗电流随电压变化的特性[37];(b）过饱和掺银硅基光电探测器的亚带隙光谱响应度与光子能量的关系，且观察到一个阈值能量为0.82eV的扭结[38]

研究发现硫族元素过饱和掺杂的黑硅能实现从可见光到近红外的宽光谱高吸收，但由于过饱和掺杂硫族元素会在硅表面形成较高浓度的自由载流子，提高了表面电活性的同时不可避免地引入了大量的面缺陷和复合中心，从而影响器件的电学性能，同时，退火导致掺杂元素的溢出也会降低黑硅的红外吸收[33]。针对....

图5纳秒激光退火对晶格结构的影响[48]。（a）高结晶度的过饱和掺杂硅的晶格结构；（b）宽谱段吸收光谱

2015年，哈佛大学Mazur课题组通过在飞秒激光过饱和掺杂之后进行纳秒激光退火[48]，获得了高结晶度的过饱和掺杂硅，并且去除了晶格中压力诱导的缺陷。该黑硅同时显示出高结晶度、高的全光谱吸收率（图5）以及有整流效应的同质结。此外，这种纳秒激光退火工艺还可以重新激活由于热退火而降....

本文编号：3935005