Влияние примесных нано- и микрокластеров на фотоэлектрические и электрофизические свойства кремния

Зикриллаев Н.Ф., Аюпов К.С., Зикриллаев Х.Ф., Норкулов Н., Исамов С.Б., Исмайлов Б.К., Шоабдурахимова М.М.

Аннотация

УДК 621.315.592

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.

Ключевые слова: кремний, нанокластеры, радиационная стойкость, ферромагнетизм, многозарядные центры, примесное поглощение, частотные детекторы.

A comprehensive study of silicon containing nanoclusters of impurity atoms (Ni, Mn, Cr, Gd, 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 см^-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.

Keywords: silicon, nanoclusters, radiation resistance, ferromagnetism, multicharged centers, impurity absorption, frequency detectors.

Скачать полнотекстовый PDF. 1 скачиваний

Menu

Том 61 (2025), Номер 5, стр. 45-59

Влияние примесных нано- и микрокластеров на фотоэлектрические и электрофизические свойства кремния

Аннотация