通过纳秒激光掺杂实现单晶硅的极端掺杂与应变
材料科学
2026-03-09 v1
摘要
超掺杂（hyperdoping）即克服晶体半导体掺杂剂的溶解度限制，是提高电、结构和光学器件性能以及探索超导相变等奇异相的富有活力的方法。我们演示了通过纳秒激光掺杂在单晶硅中实现对掺杂浓度和晶格变形的 unprecedented 控制，实现了纪录水平的载流子浓度（8 at.%）和晶格变形（3%）。通过探测微观超掺杂限制机制，我们表明相关机制可被简单的数值模型捕获，该模型定量解释了实验载流子浓度和晶格变形的演化。第一性原理计算补充并支持此简单模型。事实上，在如今可实现的高掺杂水平下，最大载流子浓度本质上受限于两个或三个取代性掺杂原子占据相邻晶格位点的概率，从而形成部分非活性复合物，我们对其进行了详细描述。该描述适用于无晶体缺陷的完美层状结构且完全为取代性掺杂占据，凸显了所实现单晶层的质量。
引用
@article{arxiv.2603.06383,
title = {Unlocking extreme doping and strain in epitaxial monocrystalline silicon},
author = {Léonard Desvignes and Dominique Débarre and Ludovic Largeau and Géraldine Hallais and Gilles Patriarche and Giacomo Priante and Eric Ngo and Olivia Mauguin and Alberto Debernardi and Bernard Sermage and Francesca Chiodi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.06383},
year = {2026}
}