纳秒激光辐照对硫离子注入硅表面形貌及光电性能的影响

【纳秒激光辐照对硫离子注入硅表面形貌及光电性能的影响】 本文主要探讨了纳秒激光辐照对硫离子注入硅表面形态以及光电性能的改变，这在微电子和光电子技术领域具有重要的研究价值。随着半导体技术的不断发展，硅作为半导体器件的核心材料，其表面处理和改性技术的需求日益提升。硫掺杂硅材料因其特殊的光电性质，成为科研人员关注的重点。 1.1 研究背景及意义 自1949年半导体结型晶体管的发明以来，半导体技术在电子学领域扮演了核心角色，推动了信息化社会的快速进步。硅作为半导体电子器件的主要衬底材料，其表面处理技术对于提升微电子工业的技术水平至关重要。随着集成电路工艺的深入发展，对硅表面的微纳米加工和功能化改造提出了更高要求。纳秒激光技术和硫离子注入相结合，为改善硅材料的表面形貌和光电性能提供了新的途径。 1.2 硫掺杂硅材料的研究现状 硫族元素，如硫、硒和碲，是第六族元素，它们在硅中形成的杂质能级比传统的硼和磷更复杂。1962年的研究发现，硫原子和硫离子在硅中分别位于导带下方0.18 eV和0.37 eV的位置，其状态可以通过退火等条件转换。为了增强硅的红外吸收能力，需要将这些能级扩展成能带。然而，硫在硅中的固溶度有限，传统热扩散方法难以实现超饱和掺杂。因此，科学家们探索了使用飞秒激光在特殊气氛中（如SF6）处理硅表面，以实现超饱和硫掺杂。 2003年，赵利教授团队通过飞秒激光在SF6环境中照射硅表面，观察到晶锥结构的形成，这些结构的形成机理和光电性能受到深入研究。2004年，C. H. CROUCH等人通过类似方法制备了超饱和硫掺杂硅材料，并根据其表面特性推测了其独特的光学吸收机制。 纳秒激光辐射硫离子注入硅的过程，可以改变硅表面的微观结构，形成如晶锥等微纳结构，这些结构有助于增强光的散射和吸收，从而提升材料的光电性能。同时，激光能量的选择和控制可以精确地调整硫离子在硅中的分布，优化能级结构，进而改善硅的电学和光学性质。 纳秒激光辐照技术结合硫离子注入，为硅材料的表面改性和光电性能优化提供了创新手段。通过深入研究这一领域的现象和机制，有望开发出性能更优的半导体器件，进一步推动信息技术的发展。