黑硅材料在光电探测研究领域的前景及挑战

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1、第13卷第6期宜宾学院学报2013年6月Vol．13，No．6JournalofYibinUniversityJune，2013黑硅材料在光电探测研究领域的前景及挑战王剑(内江师范学院工程技术学院，四川内江641112)摘要:在详细介绍黑硅材料的形成机理，包括超过固溶度的S原子引起的高红外吸收基础上，介绍了黑硅材料在光电探测研究领域的应用，并指出黑硅光电探测器目前面临如何平衡退火消除缺陷及由此带来的红外吸收下降的问题，但黑硅探测器件的增益机制问题仍然不清楚，有待解决．关键词:黑硅;光电探测;红外吸收;增益机制中图分类号:O

2、434．12文献标志码:A文章编号:1671－5365(2013)06－0058－04ProspectandChallengeApplyingtheBlackSilicononOptoelectronicＲesearchFieldWANGJian(SchoolofEngineeringandTechnology，NeijiangNormalUniversity，Neijiang641112，China)Abstract:Basedonthedetailedintroductionofformationmechanismof

3、theblacksiliconincludingtheinfraredabsorptionintro-ducedbytheSatomswithconcentrationoverthesolidsolubilityinsilicon，theworkapplyingtheblacksiliconontheoptoelectron-icresearchfieldarereviewed;moreover，itsdisplaytheinfraredabsorptiondroppingintroducedbyhightemperatu

4、reannealingbringdifficultiesandchallengeonitsapplicationaswellasreasonsfortheblacksilicondetector’sgainmechanismwhichisstillunknownforfurtherresearches．Keywords:blacksilicon;optoelectronicdetection;IＲabsorbing;gainmechanism现有的红外探测器，都必须采用特殊的生长工艺，敏度，在960nm处可达到119A/W

5、，而且响应波长延伸［6］器件的成本很高且成品率不高，大大限制其在生产和生到1．5μm．利用这一特性，SiOnyx公司的专家已利用活中的应用;且这些材料都无法和目前的硅集成电路工互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容工艺开发出了廉艺兼容，增加了工艺环节，降低了可靠性，同时也增加了价的黑硅红外探测器，该探测器在近红外(NIＲ)和短波生产成本．硅是半导体行业中应用广泛的廉价材料，但红外光谱区的军事、医疗和商业应用中有很高的响应［7］［8］是硅的禁带宽度为1．1eV，大于红外光子能量，无法将度，是传统探测器的10倍．除此之外，C．W

6、u曾报电子从价带激发到导带，导致硅无法响应红外波段，因道过空气中制备的黑硅材料在室温下的光致发光情况，此许多国内外研究者都希望对硅材料进行改良，使其可这种发光位于可见波段，将来可能在LED领域内得到以响应红外，从而实现廉价硅基红外探测器．应用．在场致条件下，黑硅材料还具有场致发射特性，当2［9］1998年，哈佛大学E．Mazur教授在飞秒激光对硅电场为55V/μm时，发射电流密度高达200A/cm．［1］材料的作用中发现了黑硅，发现黑硅具有特殊的可1黑硅材料的形成机理［2］见—红外波段宽光谱的高吸收特性，对此开展了一飞秒激

7、光脉冲照射在硅衬底上，激光能量被电子吸系列原理性研究，并对黑硅的应用进行了尝试，包括太收后，电子通过吸收光子进入激发态．受激电子通过电［3］［4］阳能电池、光电二极管等．目前SiOnyx公司基于黑子—电子的散射迅速建立一个准热平衡状态，电子温度［5］硅的多晶太阳能电池的效率可达17%，远远超过普远高于晶格温度．处于准热平衡态的电子向晶格传递能通商业太阳电池．在光电二极管方面，黑硅制备的二级量，最后达到热平衡状态．之后，从晶格温度高处向晶格管在可见光波段具有比常规二极管高两个数量级的灵温度低的地方热扩散．当温度足够高时，材料

8、从固相向收稿日期:2012－12－31修回:2013－04－21基金项目:内江师范学院科研项目(10NJZ－5)第一作者:王剑(1983－)，男(满族)，讲师，博士，研究方向为激光与等离子体相互作用网络出版时间:2013－05－0913:40网络出版地址:http://www．cnki．net/kcms