Структурные, оптические и фотоэлектрические свойства кремния, имплантированного ионами индия и сурьмы и подвергнутого импульсному отжигу

Для синтеза в приповерхностной области монокристалла кремния слоя узкозонного антимонида индия (InSb) проведена последовательная высокодозная имплантация кремния ионами In⁺ и Sb⁺ с энергией 30 кэВ и дозой 2 ∙ 10¹⁶ см^–2. Отжиг имплантированных слоев Si:(In+Sb) в жидкофазном режиме проведен мощным импульсным (~100 нс) ионным пучком (C⁺/H⁺) с энергией 300 кэВ и плотностью энергии импульса 1.0 Дж/см². Расчет суммарного глубинного профиля концентрации имплантированных атомов In и Sb с учетом распыления показал их максимальную концентрацию 40 ат.% на глубине ~20 нм. Методом резерфордовского обратного рассеяния ионов He⁺ обнаружена сегрегация примесных атомов к поверхности Si в результате импульсного отжига. Спектры рентгеновской дифракции в скользящих лучах и комбинационного рассеяния света указывают на формирование фазы InSb с уровнем деформации растяжения 0.6—0.7 %. С помощью оптических  ИК-спектров оценена концентрация электронов в слое 2 ∙ 10²⁰ см^–3 за счет донорной примеси Sb и показано образование интенсивной полосы поглощения при 3.85 мкм. Измерения фотоотклика на диодной меза-структуре при 300 К показали сдвиг края фоточувствительности до 1240 нм по сравнению с типовым Si-фотодиодом ФД-24. 

1. http://www.matprop.ru/

2. A. Rogalski. Rep. Progress Phys., 68 (2005) 2267—2336

3. A. L. Tchebotareva, J. L. Brebner, S. Roorda, S. W. White. Nucl. Instum. Meth. Phys. Res B, 175177 (2001) 187—192

4. S. Prucnal, Sh. Zhou, X. Ou, S. Facsko, M.O. Liedke, F. Bregolin, B. Liedke, J. Grebing, M. Fritzsche, R. Hubner, A. Mucklich, L. Rebohle, M. Helm, M. Turek, A. Drozdziel, W. Skorupa. J. Appl. Phys., 115 (2014) 074306

5. L. Rebohle, R. Wutzler, S. Prucnal, R. Hubner, Y. M. Georgiev, A. Erbe, R. Bottger, M. Glaser, A. Lugstein, M. Helm, W. Skorupa. Phys. Status Solidi (с), 14 (2017) 1700188

6. M. A. Sortica, B. Canut, M. Hatori, J. F. Dias, N. Chauvin, O. Marty. Phys. Status Solidi (a), 212, N 12 (2015) 2686—2691

7. F. Komarov, L. Vlasukova, O. Milchanin, W. Wesch, E. Wendler, J. Zuk, I. Parkhomenko. Mater. Sci. Eng. B, 178 (2013) 1169—1177

8. Ф. Ф. Комаров, И. А. Романов, Л. А. Власукова, О. В. Мильчанин, И. Н. Пархоменко, Т. Б. Ковалева, О. В. Королик, А. В. Мудрый, E. Wendler. Журн. прикл. спектр., 83, № 6 (2016) 906—912 [F. F. Komarov, I. A. Romanov, L. A. Vlasukova, O. V. Milchanin, I. N. Parkhomenko, T. B. Kovaleva, O. V. Korolik, A. V. Mudryi, E. Wendler. J. Appl. Spectr., 83, N 6 (2017) 959—964]

9. И. Б. Хайбуллин, Л. С. Смирнов. ФТП, 19, № 4 (1985) 569—591

10. R. M. Bayazitov, L. Kh. Zakirzyanova, I. B. Khaibullin, I. F. Isakov, A. F. Chachakov. Vacuum, 43, N 5—7 (1992) 619—622

11. R. Bayazitov, R. Batalov, R. Nurutdinov, V. Shustov, P. Gaiduk, I. Dezsi, E. Kotai. Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B, 240 (2005) 224—228

12. A. L. Stepanov, R. I. Batalov, R. M. Bayazitov, A. M. Rogov. Vacuum, 182 (2020) 109724

13. G. E. Remnev, I. F. Isakov, M. S. Opekounov, G. I. Kotlyarevsky, V. L. Kutuzov, V. S. Lopatin, V. M. Matvienko, M. Yu. Ovsyagnikov, A. V. Potyomkin, V. A. Tarbokov. Surf. Coat. Technol., 96, N 1 (1997) 103—109

14. http://www.srim.org/

15. А. А. Ачкеев, Р. И. Хайбуллин, Л. Р. Тагиров, A. Mackova, V. Hnatowicz, N. Cherkashin. ФТТ, 53 (2011) 508—517

16. D. Recht, M. J. Smith, S. Charnvanichhborikarn, J. T. Sullivan, M. T. Winkler, J. Mathews, J. M. Warrender, T. Buonassisi, J. S. Williams, S. Gradecak, M. J. Aziz. J. Appl. Phys., 114 (2013) 124903

17. M. Wang, Y. Berencen, E. García-Hemme, S. Prucnal, R. Hubner, Y. Yuan, Ch. Xu, L. Rebohle, R. Bottger, R. Heller, H. Schneider, W. Skorupa, M. Helm, Sh. Zhou. Phys. Rev. Appl., 10 (2018) 024054

18. S. G. Pandya, M. E. Kordesch. Nanoscale Res. Lett., 10 (2015) 258

19. I. E. Tyschenko, V. A. Volodin, A. G. Cherkov, M. Stoffel, H. Rinnert, M. Vergnat, V. P. Popov. J. Lumin., 204 (2018) 656—662

20. S. Basu, B. J. Lee, Z. M. Zhang. J. Heat Transfer, 132 (2010) 023301

21. Ж. Панков. Оптические процессы в полупроводниках, Москва, Мир (1973) 104

22. Р. Бьюб. Фотопроводимость твердых тел, Москва, Иностр. лит. (1962) 184

23. M.-Ju. Sher, Yu-T. Lin, M. T. Winkler, E. Mazur, Ch. Pruner, A. Asenbaum. J. Appl. Phys., 113 (2013) 063520