罗巴切夫斯基大学 图1
硼掺杂后77 K下自注入硅的位错相关发光光谱及其温度依赖性
插入物显示了掺杂硼的发光层的透射电镜图像
学分:罗巴切夫斯基大学 硅是电子工程中的主要材料
在现代文明中起关键作用的所有信息和计算技术都是基于硅的:计算机、通信、航天、生物医学、机器人等等
根据罗巴切夫斯基大学物理与技术研究所实验室负责人阿列克谢·米哈洛夫的说法，提高集成电路速度的主要障碍是电信号在金属互连线路中传播的速度有限
阿列克谢·米哈洛夫说:“这需要用光波导取代金属互连，从而从传统电子学向光电子学过渡，光电子学中的有源元件是光发射器和接收器，而不是晶体管。”
硅作为光接收器表现出令人满意的性能，但是与A3B5半导体不同，硅是差的光发射器，因为这种半导体的间接带隙
其电子结构的这一特征，根据量子力学定律，严格来说，禁止在外部激发下发光(发光)
“在新阶段拒绝使用硅是非常不可取的，因为我们将不得不放弃为大规模生产集成电路而开发的完美技术
这将涉及巨大的材料成本，更不用说使用A3B5材料时出现的环境问题了，”罗巴切夫斯基大学首席研究员大卫·泰特鲍姆教授说
科学家们正试图找到一种解决这种情况的方法，要么使用纳米晶体硅，要么用其他发光材料的薄膜覆盖硅
然而，硅纳米晶体的发射率(发光效率)仍然不足以用于实际应用
此外，硅纳米晶体在可见辐射的“红色”边缘区域发射，而许多技术应用，特别是在光纤通信技术中，需要更长的波长(大约1
5微米)
然而，在硅衬底上使用“外来”材料层与传统硅技术兼容性差
图2
位错相关发光温度依赖性理论描述中使用的能级图
学分:罗巴切夫斯基大学 解决这个问题的有效方法是在硅中引入一种称为位错的特殊类型的线性缺陷
研究人员已经得出结论，通过用能量大约为100千电子伏的硅离子照射硅表面层，然后在高温下退火，可以在硅表面层中获得高浓度的位错
在这种情况下，硅发出的光正好是正确的波长——接近1
5微米
发光强度似乎取决于注入和退火条件
然而，与位错相关的发光的主要问题是，它在低温(低于约25 K)下最明显，并且随着温度的升高而迅速衰减
因此，找到提高位错相关发光热稳定性的方法是非常重要的，”阿列克谢·米哈伊洛夫继续说
在俄罗斯基础研究基金会的支持下，罗巴切夫斯基大学的科学家与他们在俄罗斯科学院固体物理研究所和阿列克舍耶夫国立技术大学的同事在解决这个问题上取得了重大进展
17-02-01070)
以前，已经发现在硅样品中实现与位错相关的光致发光的一种方法是将硅离子注入硅(自注入)，随后退火
当罗巴切夫斯基大学的团队发现额外的硼离子掺杂可以增强发光时，这被证明不是注入技术的唯一好处
然而，仅仅增强发光特性的现象并不能解决主要问题
此外，还不清楚硼离子掺杂如何影响发光热稳定性，这是一个关键参数，以及在什么条件下(如果有的话)这种影响将是最明显的
在这项研究中，科学家通过实验证实了掺硼硅的热稳定性的提高
此外，这种效应与硼的剂量无关，在一定的剂量范围内，在强度-温度曲线上，在90-100K范围内出现明显的第二个最大值，在20 K范围内出现通常的低温最大值
重要的是要注意，硼的“有益”效果是独特的，因为硼离子被另一种受体杂质取代不会导致上述效果
在对硅样品的硼离子掺杂和热处理模式进行改进后，其中位错相关的发光中心是由硅离子的辐照形成的，我们发现，使用以前使用的最高剂量的硼离子，并在830℃下进行额外的热处理，有可能在室温下实现可测量的发光水平，”泰特鲍姆教授总结道
在进一步优化注入和热处理条件过程中所获得的结果照亮了硅在光电子学中的应用前景
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
