Программа конференции HOLOEXPO 2022

Программа конференции HOLOEXPO 2022
Секция 2 «Лазерные технологии в микрооптике, нанофотонике и структурированном свете»


Гиперлегирование кремния серой с помощью прямой лазерной записи: от фундаментальных исследований к практическим результатам

С. И. Кудряшов1, Михаил Сергеевич Ковалев1, Г. К. Красин1, К. А. Хамидуллин1, 2

1 Физический институт имени П. Н. Лебедева РАН, Москва, Россия
2 Акционерное общество «НПО «Орион», Москва, Россия

При создании элементной базы для нового поколения приборов тепловидения, теплопеленгации, лазерной локации и связи, фотовольтаики и в квантовых коммуникационных технологиях находят широкое применение полупроводниковые фотоприемники. Если в микроэлектронике широко используется кремний, то в оптоэлектронике одним или двумя материалами обойтись пока не удается. На каждый спектральный диапазон оптического излучения требуется полупроводник с соответствующей шириной запрещенной зоны. Поскольку практическое значение имеют длины волн от нескольких десятых долей до сотен микрометров, то возникает необходимость в использовании материалов с шириной запрещенной зоны от нескольких электронвольт до десятых долей электронвольта. Однако учитывая уровень развития производственной инфраструктуры кремниевых технологий, дальнейшее улучшение электрических и оптических свойств кремния (Si) очень привлекательно с точки зрения потенциала расширения областей его применения. Однако наряду с массой достоинств Si, у него имеется ряд недостатков и прежде всего — это слабое длинноволновое электромагнитное поглощение, что исключает его широкое применение в инфракрасной области спектра с использованием всей наработанной КМОП-технологии. Наши предварительные результаты по разработке перспективной технологии лазерного формирования сверхлегированных слоев Si с рекордным варьируемым содержанием донорной примеси показали реализацию ИК-поглощения в заданной области электромагнитного спектра. Был создан кремниевый фотоэлемент, в котором достигнуты рекордные содержания серы (до 1 ат. %) в субмикронном поверхностном слое, сохранив при этом его кристаллическую структуру, что привело к получению хорошо структурированных зон примесных состояний в спектральном диапазоне от 2 до 21 мкм с предельным коэффициентом ИК-поглощения, потенциально позволяющих обеспечить высокую фоточувствительность фотодиодов на основе Si в инфракрасном и терагерцовом диапазонах спектра.

Ключевые слова: сверхлегированный кремний, интегральная фотоника инфракрасного диапазона, оптическое сверхлегирование, импульсный лазерный отжиг, ионное легирование.