zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences10.47612/0514-7506-2023-90-2-266-274zhps-1272Research ArticleСПЕКТРОСКОПИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛSPECTROSCOPY OF SOLIDSОптические свойства слоев кремния, гипердопированных селеном: эффекты лазерной и термической обработкиOptical Properties of Si Layers Hyperdoped with Se: Effects of Laser and Thermal TreatmentКомаровФ. Ф.KomarovF. F.

Минск

komarovf@bsu.byВласуковаЛ. А.VlasukovaL. A.

Минск

Minsk

vlasukova@bsu.byМильчанинО. B.MilchaninО. V.

Минск

Minsk

ПархоменкоИ. И.ParkhomenkoI. N.

Минск

Minsk

BerencenY.BerencenY.

Дрезден

Dresden

y.berencen@hzdr.deАльжановаА. Е.AlzhanovaA. E.

Астана

Astana

aliya.alzhan@yandex.kzВанТинWangT.

Люблин

Lublin

ƵukJ.ƵukJ.

Люблин

Lublin

jotzet@hektor.umcs.lublin.plИнститут прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко Белорусского государственного университетаA. N. Sevchenko Institute of Applied Physical Problems of Belarusian State UniversityБелорусский государственный университетBelarusian State UniversityЦентр им. Гельмгольца Дрезден-Россендорф, Институт ионно-лучевой физики и материаловеденияHelmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Institute of Ion Beam Physics and Materials ResearchЕвразийский национальный университет им. Л. Н. ГумилеваN. N. Gumilev Eurasian National UniversityУниверситет М. Кюри-СклодовскойMaria Curie-Skłodowska University202325032023902266274Copyright © Комаров Ф.Ф., Власукова Л.А., Мильчанин О.B., Пархоменко И.И., Berencen Y., Альжанова А.Е., Ван Т., Ƶuk J., 20232023Комаров Ф.Ф., Власукова Л.А., Мильчанин О.B., Пархоменко И.И., Berencen Y., Альжанова А.Е., Ван Т., Ƶuk J.Komarov F.F., Vlasukova L.A., Milchanin О.V., Parkhomenko I.N., Berencen Y., Alzhanova A.E., Wang T., Ƶuk J.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1272

Слои кремния с концентрацией примеси селена до 1021 см–3 (превышает предел равновесной растворимости данной примеси в кремнии на четыре порядка величины) получены методом высокодозной ионной имплантации с последующим импульсным лазерным отжигом при плотностях энергии в импульсе от 0.5 до 2.5 Дж/см2. Резерфордовское обратное рассеяние ионов He+ показало, что после лазерного отжига до 70 % атомов внедренной примеси локализованы в узлах кристаллической решетки кремния. Гипердопированные селеном  слои  кремния  характеризуются  повышенным (до 45—55 %) поглощением в спектральном диапазоне 1100—2400 нм. После термообработки (550 °C, 30 мин+850 °C, 5 мин) возрастания ИК-поглощения в сравнении с исходным кремнием не обнаружено, что связывается с потерями селена в результате диффузионного перераспределения. Проведена теоретическая оценка процессов рекристаллизации слоев кремния, аморфизованных ионами селена, и диффузионного перераспределения примеси в условиях равновесных термообработок.

Silicon layers with a selenium impurity concentration of up to 1021 cm–3, which exceeds the equilibrium solubility limit of this impurity in silicon by 4 orders of magnitude, have been obtained by high-dose ion implantation followed by pulsed laser annealing at pulse energy densities from 0.5 to 2.5 J/cm2. The Rutherford backscattering of He+ ions showed that, after laser annealing, up to 70% of the implemented impurity atoms are localized at the sites of the silicon crystal lattice. The Si layers hyperdoped with selenium are characterized by increased (up to 45–55%) absorption in the spectral range of 1100–2400 nm. After thermal heat treatment (550 °C, 30 min + 850 °C, 5 min), no increase in IR absorption was found in comparison with the initial silicon. It was explained by the loss of Se as a result of diffusional redistribution. The theoretical evaluation of recrystallization processes of silicon layers amorphized by Se ions as well as dopants redistributions at the equilibrium thermal treatment was done.

кремнийимплантация селенатермообработкалазерный отжигпоглощение света в ИК-диапазонеsiliconselenium implantationthermal treatmentlaser annealingIR-range light absorptionРабота выполнена при поддержке ГПНИ “Фотоника и электроника для инноваций” (гранты 3.8.1, № ГР 20212595 и 3.8.2, № ГР 20212655) и финансирования молодых ученых “Жас галым” на 2022— 2024 гг. Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан (ИРН объекта АР14972733).ReferencesZh. Tong, M. Bu, Y. Zhang, D. Yang, X. Pi. J. Semiconductors, 43 (2022) 093101(1—15)Zh. Tong, M. Bu, Y. Zhang, D. Yang, X. Pi. J. Semiconductors, 43 (2022) 093101(1—15)P. Dai, Y. Zhang, M. P. Sarachik. Phys. Rev. Lett., 66 (1991) 1914—1917P. Dai, Y. Zhang, M. P. Sarachik. Phys. Rev. Lett., 66 (1991) 1914—1917S. Zhou, X. Pi, Z. Ni, Q. Luan, Y. Jiang, Ch. Jin, T. Nozaki, D. Yang. Particle and Particle Systems Characterization, 32 (2015) 213—221S. Zhou, X. Pi, Z. Ni, Q. Luan, Y. Jiang, Ch. Jin, T. Nozaki, D. Yang. Particle and Particle Systems Characterization, 32 (2015) 213—221D. J. Rowe, J. S. Jeong, K.A. Mkhoyan, U. R. Kortshagen. Nano Lett., 13 (2013) 1317—1322D. J. Rowe, J. S. Jeong, K.A. Mkhoyan, U. R. Kortshagen. Nano Lett., 13 (2013) 1317—1322M. Wang, Y. Yu, S. Prucnal, Y. Berencén, M. S. Shaikh, L. Rebohle, M. B. Khan, V. Zviagin, R. Hübner, A. Pashkin. Nanoscale, 14 (2022) 2826—2836M. Wang, Y. Yu, S. Prucnal, Y. Berencén, M. S. Shaikh, L. Rebohle, M. B. Khan, V. Zviagin, R. Hübner, A. Pashkin. Nanoscale, 14 (2022) 2826—2836J. E. Carey, C. H. Crouch, M. Shen, E. Mazur. Opt. Lett., 30 (2005) 1773—1775J. E. Carey, C. H. Crouch, M. Shen, E. Mazur. Opt. Lett., 30 (2005) 1773—1775A. Luque, A. Marti, C. Stanley. Nature Photon., 6 (2012) 146—152A. Luque, A. Marti, C. Stanley. Nature Photon., 6 (2012) 146—152I. Umezu, J. M. Warrender, S. Charnvanichborikarm. J. Appl. Phys., 113 (2013) 213501(1—5)I. Umezu, J. M. Warrender, S. Charnvanichborikarm. J. Appl. Phys., 113 (2013) 213501(1—5)F. F. Komarov, N. S. Nechaev, G. D. Ivlev L. A. Vlasukova, I. N. Parkhomenko, E. Wendler, I. A. Romanov, Y. Berencen, V. V. Pilko, D. V. Zhigulin, A. F. Komarov. Vacuum, 178 (2020) 109434(1—6)F. F. Komarov, N. S. Nechaev, G. D. Ivlev L. A. Vlasukova, I. N. Parkhomenko, E. Wendler, I. A. Romanov, Y. Berencen, V. V. Pilko, D. V. Zhigulin, A. F. Komarov. Vacuum, 178 (2020) 109434(1—6)Ф. Ф. Комаров, И. Н. Пархоменко, О. В. Мильчанин, Г. Д. Ивлев, Л. А. Власукова, Ю. Жук, А. А. Цивако, Н. С. Ковальчук. Опт. и спектр., 129 (2021) 1037—1047 [F. F. Komarov, I. N. Parkhomenko, O. V. Mil’chanin, G. D. Ivlev, L. A. Vlasukova, Yu. Żuk, A. A. Tsivako, N. S. Koval’chuk. Opt. and Spectr., 129 (2021) 1149—1159]Ф. Ф. Комаров, И. Н. Пархоменко, О. В. Мильчанин, Г. Д. Ивлев, Л. А. Власукова, Ю. Жук, А. А. Цивако, Н. С. Ковальчук. Опт. и спектр., 129 (2021) 1037—1047 [F. F. Komarov, I. N. Parkhomenko, O. V. Mil’chanin, G. D. Ivlev, L. A. Vlasukova, Yu. Żuk, A. A. Tsivako, N. S. Koval’chuk. Opt. and Spectr., 129 (2021) 1149—1159]H. R. Vydyanath, J. S. Lorenzo, F. A. Kröger. J. Appl. Phys., 49 (1978) 5928—5937H. R. Vydyanath, J. S. Lorenzo, F. A. Kröger. J. Appl. Phys., 49 (1978) 5928—5937M. Mayer. SIMNRA User's Guide. Max-Planck-Institute fur Plasmaphysik, Garching (1997)M. Mayer. SIMNRA User's Guide. Max-Planck-Institute fur Plasmaphysik, Garching (1997)Б. И. Степанов, Г. П. Грибковский. Введение в теорию люминесценции, Минск, Академия наук БССР (1963)Б. И. Степанов, Г. П. Грибковский. Введение в теорию люминесценции, Минск, Академия наук БССР (1963)Ф. Ф. Комаров, А. П. Новиков, А. Ф. Буренков. Ионная имплантация, Минск, Университетское (1994)Ф. Ф. Комаров, А. П. Новиков, А. Ф. Буренков. Ионная имплантация, Минск, Университетское (1994)Ф. Ф. Комаров, А. П. Новиков, В. С. Соловьев, С. Ю. Ширяев. Дефекты структуры в ионноимплантированном кремнии, Минск, Университетское (1990)Ф. Ф. Комаров, А. П. Новиков, В. С. Соловьев, С. Ю. Ширяев. Дефекты структуры в ионноимплантированном кремнии, Минск, Университетское (1990)В. Е. Борисенко. Твердофазные процессы в полупроводниках при импульсном нагреве, Минск, Навука i тэхнiка (1992)В. Е. Борисенко. Твердофазные процессы в полупроводниках при импульсном нагреве, Минск, Навука i тэхнiка (1992)А. В. Двуреченский, Г. А. Качурин, Е. В. Нидаев, Л. А. Смирнов. Импульсный отжиг полупроводниковых материалов, Москва, Наука (1982)А. В. Двуреченский, Г. А. Качурин, Е. В. Нидаев, Л. А. Смирнов. Импульсный отжиг полупроводниковых материалов, Москва, Наука (1982)L. Csepregi, J. W. Mayer, T. W. Sigmon. Appl. Phys. Lett., 19 (1976) 92—93L. Csepregi, J. W. Mayer, T. W. Sigmon. Appl. Phys. Lett., 19 (1976) 92—93P. A. Temple, C. E. Hathaway. Phys. Rev. B., 7 (1973) 3685—3697P. A. Temple, C. E. Hathaway. Phys. Rev. B., 7 (1973) 3685—3697Н. А. Дроздов, А. А. Патрин, В. Д. Ткачев. Письма в ЖЭТФ, 23 (1976) 651—653Н. А. Дроздов, А. А. Патрин, В. Д. Ткачев. Письма в ЖЭТФ, 23 (1976) 651—653V. D. Tkachev, C. Schrödel, A. V. Mudryi. Radiat. Effects, 49 (1980) 133—136V. D. Tkachev, C. Schrödel, A. V. Mudryi. Radiat. Effects, 49 (1980) 133—136

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