Влияние примесных нано- и микрокластеров на фотоэлектрические и электрофизические свойства кремния [Articol]

Abstract

Проведено комплексное исследование кремния с нанокластерами примесных атомов (Ni, Mn, Cr, Gd, Eu, Se), выявившее ряд уникальных физических явлений, не характерных для классических полупроводников. Установлено, что кластерные структуры в кристаллической решетке кремния обеспечивают стабильность электрофизических параметров в широком температурном диапазоне и высокую радиационную стойкость к γ- и электронному облучению. Показано, что при концентрации кластеров Ni ≥ 1015 см-3 подавляется генерация термодоноров и радиационных дефектов без изменения типа проводимости. Обнаружено, что примесные атомы с незаполненными d- и f-оболочками (Mn, Cr, Gd, Eu) формируют в кремнии ферромагнитные состояния, управляемые внешним магнитным полем при комнатной температуре. Для кремния, легированного селеном, продемонстрирована возможность создания импульсных генераторов с частотной модуляцией, пригодных для детектирования монохроматического излучения. Исследование бинарных соединений в решетке кремния подтвердило их устойчивость и перспективность для разработки материалов с контролируемыми фотоэлектрическими, оптическими и магнитными свойствами.

A comprehensive study of silicon containing nanoclusters of impurity a toms ( Ni, M n, Cr, G d, Eu, Se) has revealed a number of unique physical phenomena uncharacteristic of classical semiconductors. It has been established that cluster structures in the silicon crystal lattice ensure the stability of electrophysical parameters over a wide temperature range and high radiation resistance to γ- and electron irradiation. It has been shown that at Ni cluster concentrations ≥ 10¹⁵ cm⁻³, the generation of thermal donors and radiation defects is suppressed without altering the conductivity type. Impurity atoms with unfilled d- and f-shells (Mn, Cr, Gd, Eu) have been found to form ferromagnetic states in silicon, controllable by an external magnetic field at room temperature. Multicharged Mn nanoclusters were found to create localized energy levels within the forbidden bandgap, explaining the observed negative magnetoresistance and impurity absorption with an edge at 0.2 eV. For selenium-doped silicon, the possibility of creating pulse generators with frequency modulation suitable for detecting monochromatic radiation has been demonstrated. The study of binary compounds in the silicon lattice confirmed their stability and potential for developing materials with controllable photoelectric, optical, and magnetic properties.