Ti-Al共掺杂Si薄膜的光电性能增强机理研究

作者：陈玉杰; 杨洪旺; 林宇蓓; 邝向军; 温才^*

来源：功能材料, 2023, 54(10): 10021-10038.

• 纳秒激光
• 共掺杂
• Si
• 电学性能
• 光吸收性能
• 费米能级

Ti超掺杂Si(Si:Ti)薄膜是通过脉冲激光的非平衡作用，在Si中掺入超固溶度3个数量级以上的高浓度Ti杂质形成。它摆脱了Si禁带宽度的限制，具有优异的亚带隙近红外(λ=1 100～2 500 nm)光吸收性能。通过真空电子束蒸发结合紫外纳秒激光熔融的方式，制备了Ti-Al共掺杂Si(Si:(Ti-Al))薄膜，以进一步提高薄膜的亚带隙近红外光吸收性能，更好地满足近红外器件的需求。研究结果表明，Si:(Ti-Al)薄膜的薄层电阻，由本征单晶Si衬底的104Ω/square量级降低至102Ω/square量级，与Si:Ti薄膜一致。但是，Si:(Ti-Al)薄膜在亚带隙近红外波段的吸光度，较本征单晶Si衬底平均提高了7倍，最大提高了一个数量级(λ=1 800 nm处);较Si:Ti薄膜平均提高了33%,最大提高了57.2%(λ=1 200 nm处)。表面形貌分析表明，Si:(Ti-Al)薄膜的二次激光加工降低了表面光反射。薄膜成分分析表明，Si:(Ti-Al)薄膜中存在TiSi2和AlTi。TiSi2的存在表明，Ti杂质被激活后与Si原子键合。AlTi的存在并结合能带结构分析表明，Si:(Ti-Al)薄膜中通过改变Al补偿杂质浓度，调节费米能级位置，从而增强了亚带隙近红外光吸收性能。

• 单位
  数理学院; 西南科技大学