Ti-Al共掺杂Si薄膜的光电性能增强机理研究

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104 Ω/square量级降低至102 Ω/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.