zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1568Research ArticleРЕНТГЕНОВСКАЯ И ЯДЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ВЕЩЕСТВАX-RAY AND NUCLEAR SPECTROSCOPY OF MATTERРентгеновская фотоэлектронная спектроскопия и резерфордовское обратное рассеяние кремния, гипердопированного селеномX-Ray Photo electron and Rutherford Backscattering Spectroscopy Studies of Silicon Hyperdoped with SeleniumКомаровФ. Ф.KomarovF. F.

Минск

Minsk

komarovf@bsu.byТинВанTingWang

Минск

Minsk

ВласуковаЛ. А.VlasukovaL. A.

Минск

Minsk

vlasukova@bsu.byПархоменкоИ. Н.ParkhomenkoI. N.

Минск

Minsk

МильчанинО. В.MilchaninO. V.

Минск

Minsk

НИУ “Институт прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко” Белорусского государственного университетаA. N. Sevchenko Institute of Applied Physical Problems of Belarusian State UniversityБелорусский государственный университетBelarusian State University202429052024913436443Copyright © Комаров Ф.Ф., Тин В., Власукова Л.А., Пархоменко И.Н., Мильчанин О.В., 20242024Комаров Ф.Ф., Тин В., Власукова Л.А., Пархоменко И.Н., Мильчанин О.В.Komarov F.F., Ting W., Vlasukova L.A., Parkhomenko I.N., Milchanin O.V.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/1568

Методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) и резерфордовского обратного рассеяния ионов гелия оценена возможность пассивации поверхности кремния селеном в результате высокодозной имплантации Se и лазерного отжига. Гиперпересыщенные селеном слои кремния формировались имплантацией ионов Se (140 кэВ, 6.1 · 1015 см–2) с последующим импульсным лазерным отжигом (λ = 694 нм, W = 2.0 Дж/см2, τ = 70 нс). Концентрация Se в подповерхностной области (2.0—2.5 нм) 0.67 ат.% (3.35 · 1020 см–3). Высокую концентрацию Se можно объяснить эффектом его накопления у поверхности в ходе лазерного отжига с образованием связей Si–Se. По данным РФЭС, связей Se–O у поверхности имплантированного слоя во время импульсного лазерного отжига не образовывалось. Выбранная плотность энергии лазерного импульса W = 2 Дж/см2 позволяет достичь высокого уровня структурного совершенства (>91 %) и концентрации Se в узлах решетки Si > 69 %.

The possibility of surface passivation with selenium for silicon layers hyperdoped with Se was estimated by the X-Ray photoelectron and Rutherford backscattering spectroscopy. Silicon layers hyperdoped with selenium have been formed by Se implantation (140 keV, 6.1 · 1015 cm–2) followed by pulsed laser annealing (PLA) (λ = 694 nm, W = 2.0 J/cm2, τ = 70 ns). It was found that the Se concentration in the sub-surface region (2.0–2.5 nm) is 0.67% (3.35 · 1020 cm–3). Such a high concentration of Se can be attributed to the effect of accumulation of these species in the near-surface region during the PLA process. It was shown that Se is solely bonded to Si, Se-O bonds were not formed in the sub-surface region of the implanted layer during PLA. The chosen laser pulse energy density of W = 2.0 J/cm2 has provided achieving the structural perfection (above 91 %) and high concentration of Se at the Si lattice sites (above 69 %).

кремнийвысокодозная ионная имплантация Seлазерный отжигпассивация поверхностиэлементный и химический анализ приповерхностной областирентгеновская фотоэлектронная спектроскопияsiliconhigh-fluence ion implantation of Selaser annealingsurface passivationelemental and chemical analysis of near-surface regionX-Ray photoelectron spectroscopyРабота выполнена при финансовой поддержке Министерства образования Республики Беларусь (грант № 57-99/2023).ReferencesA. J. Said, D. Recht, J. T. Sullivan, J. M. Warrender, T. Buonassisi, P. D. Persans, M. J. Aziz. Appl. Phys. Lett., 99, N 7 (2011) 073503A. J. Said, D. Recht, J. T. Sullivan, J. M. Warrender, T. Buonassisi, P. D. Persans, M. J. Aziz. Appl. Phys. Lett., 99, N 7 (2011) 073503J. M. Warrender. Appl. Phys. Rev., 3, N 3 (2016) 031104J. M. Warrender. Appl. Phys. Rev., 3, N 3 (2016) 031104M. Ju. Sher, E. Garcia-Hemme. Semicond. Sci. Technol., 38 (2023) 033001M. Ju. Sher, E. Garcia-Hemme. Semicond. Sci. Technol., 38 (2023) 033001K. Sánchez, I. Aguilera, P. Palacios, P. Wahnón. Phys. Rev. B, 82 (2010) 165201K. Sánchez, I. Aguilera, P. Palacios, P. Wahnón. Phys. Rev. B, 82 (2010) 165201A. Luque, A. Martí, C. Stanley. Nature Photonics, 6 (2012) 146—152A. Luque, A. Martí, C. Stanley. Nature Photonics, 6 (2012) 146—152M. Wang, E. García-Hemme, Y. Berencén, R. Hübner, Yu. Xie, L. Rebohle, Ch. Xu, H. Schneider, M. Helm, Sh. Zhou. Adv. Opt. Mater., 9 (2021) 2001546M. Wang, E. García-Hemme, Y. Berencén, R. Hübner, Yu. Xie, L. Rebohle, Ch. Xu, H. Schneider, M. Helm, Sh. Zhou. Adv. Opt. Mater., 9 (2021) 2001546Z. Y. Tong, M. X. Bu, Y. Q. Zhang, D. R. Yang, X. D. Pi. J. Semicond., 43 (2022) 093101Z. Y. Tong, M. X. Bu, Y. Q. Zhang, D. R. Yang, X. D. Pi. J. Semicond., 43 (2022) 093101F. F. Komarov, G. Ivlev, G. Zayats, A. Komarov, N. Nechaev, I. Parkhomenko, L. Vlasukova, E. Wendler, S. Miskiewicz. Acta Phys. Polonica A, 136 (2019) 254—259F. F. Komarov, G. Ivlev, G. Zayats, A. Komarov, N. Nechaev, I. Parkhomenko, L. Vlasukova, E. Wendler, S. Miskiewicz. Acta Phys. Polonica A, 136 (2019) 254—259F. F. Komarov, N. S. Nechaev, G. D. Ivlev, L. A. Vlasukova, I. N. Parkhomenko, E. Wendler, I. A. Romanov, Y. Berencén, V. V. Pilko, D. V. Zhigulin, A. F. Komarov. Vacuum, 178 (2020) 109434F. F. Komarov, N. S. Nechaev, G. D. Ivlev, L. A. Vlasukova, I. N. Parkhomenko, E. Wendler, I. A. Romanov, Y. Berencén, V. V. Pilko, D. V. Zhigulin, A. F. Komarov. Vacuum, 178 (2020) 109434Ф. Ф. Комаров, Л. А. Власукова, О. В. Мильчанин, И. Н. Пархоменко, Y. Berencén, А. Е. Альжанова, Тин Ван, J. Zuk. Журн. прикл. спектр., 90 (2023) 266—274F. F. Komarov, L. A. Vlasukova, O. V. Milchanin, I. N. Parkhomenko, Y. Berencen, A. E. Alzhanova, Ting Wang, J. Zuk. J. Appl. Spectr., 90 (2023) 358—365Y. Berencén, S. Prucnal, F. Liu, I. Skorupa, R. Hübner, L. Rebohle, S. Zhou, H. Schneider, M. Helm, W. Skorupa. Sci. Rep., 7 (2017) 1—9Y. Berencén, S. Prucnal, F. Liu, I. Skorupa, R. Hübner, L. Rebohle, S. Zhou, H. Schneider, M. Helm, W. Skorupa. Sci. Rep., 7 (2017) 1—9F. Aguirre-Tostado, D. Layton, A. Herrera-Gomez, R. Wallace, J. Zhu, G. Larrieu, E. Maldonado, W. Kirk, M. Tao. J. Appl. Phys., 102 (2007) 084901F. Aguirre-Tostado, D. Layton, A. Herrera-Gomez, R. Wallace, J. Zhu, G. Larrieu, E. Maldonado, W. Kirk, M. Tao. J. Appl. Phys., 102 (2007) 084901P. Krüger, J. Pollmann. Phys. Rev. B, 47 (1993) 1898—1910P. Krüger, J. Pollmann. Phys. Rev. B, 47 (1993) 1898—1910D. Udeshi, M. Y. Ali, M. Tao, E. Maldonado, N. Basit, W. P. Kirk. Int. J. Electron., 92 (2005) 719—727D. Udeshi, M. Y. Ali, M. Tao, E. Maldonado, N. Basit, W. P. Kirk. Int. J. Electron., 92 (2005) 719—727M. Ahmad, S. Al-Hawat, M. Akel. Mater. Res. Express, 6 (2019) 096412M. Ahmad, S. Al-Hawat, M. Akel. Mater. Res. Express, 6 (2019) 096412M. Hu, T. C. Hauger, B. C. Olsen, E. J. Luber, J. M. Buriak. J. Phys. Chem. C, 122 (2018) 13803—13814M. Hu, T. C. Hauger, B. C. Olsen, E. J. Luber, J. M. Buriak. J. Phys. Chem. C, 122 (2018) 13803—13814A. Taskin, E. Tishkovskii. Semiconductors, 36 (2002) 605—614A. Taskin, E. Tishkovskii. Semiconductors, 36 (2002) 605—614A. V. Naumkin, A. Kraut-Vass, S. W. Gaarenstroom, C. J. Powell. NIST Standard Reference Database 20, Version 4.1 (2012)A. V. Naumkin, A. Kraut-Vass, S. W. Gaarenstroom, C. J. Powell. NIST Standard Reference Database 20, Version 4.1 (2012)D. R. Lide. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 81st Edition, Boca Raton, CRC press (2000)D. R. Lide. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 81st Edition, Boca Raton, CRC press (2000)R. D. Bringans, Marjorie A. Olmstead. J. Vac. Sci. Technol. B, 7 (1989) 1232—1235R. D. Bringans, Marjorie A. Olmstead. J. Vac. Sci. Technol. B, 7 (1989) 1232—1235T. L. Alford, L. C. Feldman, J. W. Mayer. Fundamentals of Nanoscale Film Analysis, Berlin, Springer Science & Business Media (2007)T. L. Alford, L. C. Feldman, J. W. Mayer. Fundamentals of Nanoscale Film Analysis, Berlin, Springer Science & Business Media (2007)M. Seah. Surface and Interface Analysis, 2 (1980) 222—239M. Seah. Surface and Interface Analysis, 2 (1980) 222—239M. Mayer. SIMNRA User’s Guide, Garching, Max-Planck-Institut für Physik (1997) [24] V. D. Phu, L. H. Khiem, A. P. Kobzev, M. Kulik. Commun. Phys., 26 (2016) 83—92M. Mayer. SIMNRA User’s Guide, Garching, Max-Planck-Institut für Physik (1997) [24] V. D. Phu, L. H. Khiem, A. P. Kobzev, M. Kulik. Commun. Phys., 26 (2016) 83—92

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