Динамика генерации свободных носителей в кремнии с различным типом легирования при воздействии терагерцевыми импульсами

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Представлены результаты экспериментальных исследований генерации свободных носителей в легированном кремнии n- и р-типа при воздействии переднего фронта терагерцевого импульса пикосекундной длительности с амплитудой электрического поля до 20 МВ/см. Экспериментально показано, что коэффициент пропускания пробного фемтосекундного лазерного импульса при увеличении напряженности поля от 10 до 20 МВ/см во время действия первого периода терагерцевого импульса одинаков для образцов кремния с различным типом легирования. Проведено численное моделирование динамики заполнения носителями зоны проводимости в кремнии n- и р-типа. Показано, что в ходе увеличения напряженности поля до ~10 МВ/см, когда концентрация электрон-дырочных пар становится соизмеримой с концентрацией примесных электронов (дырок), доминирует электронная (n-тип) или дырочная (р-тип) ударная ионизация, что необходимо учитывать при расчетах.

Sobre autores

А. Овчинников

Объединенный институт высоких температур РАН

Autor responsável pela correspondência
Email: a.ovtch@gmail.com
Rússia, Москва

О. Чефонов

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: oleg.chefonov@gmail.com
Rússia, Москва

А. Кудрявцев

МИРЭА – Российский технологический университет

Email: a.ovtch@gmail.com
Rússia, Москва

Е. Мишина

МИРЭА – Российский технологический университет

Email: a.ovtch@gmail.com
Rússia, Москва

М. Агранат

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: agranat2004@mail.ru
Rússia, Москва

Bibliografia

  1. Tarekegne A.T., Iwaszczuk K., Zalkovskij M., Strikwerda A.C., Jepsen P.U. Impact Ionization in High Resistivity Silicon Induced by an Intense Terahertz Field Enhanced by an Antenna Array // New J. Phys. 2015. V. 17. № 4. P. 043002.
  2. Tarekegne A.T., Hirori H., Tanaka K., Iwaszczuk K., Jepsen P.U. Impact Ionization Dynamics in Silicon by MV/cm THz Fields // New J. Phys. 2017. V. 19. № 12. P. 123018.
  3. Hebling J., Hoffmann M.C., Hwang H.Y., Yeh K.-L., Nelson K.A. Observation of Nonequilibrium Carrier Distribution in Ge, Si, and GaAs by Terahertz Pump–Terahertz Probe Measurements // Phys. Rev. B. 2010. V. 81. № 3. P. 035201.
  4. Hirori H., Shinokita K., Shirai M., Tani S., Kadoya Y., Tanaka K. Extraordinary Carrier Multiplication Gated by a Picosecond Electric Field Pulse // Nat. Commun. 2011. V. 2. № 1. P. 594.
  5. Lange C., Maag T., Hohenleutner M., Baierl S., Schubert O., Edwards E.R.J., Bougeard D., Woltersdorf G., Huber R. Extremely Nonperturbative Nonlinearities in GaAs Driven by Atomically Strong Terahertz Fields in Gold Metamaterials // Phys. Rev. Lett. 2014. V. 113. № 22. P. 227401.
  6. Zhang B., Ma Z., Ma J., Wu X., Ouyang C., Kong D., Hong T., Wang X., Yang P., Chen L., Li Y., Zhang J. 1.4-mJ High Energy Terahertz Radiation from Lithium Niobates // Laser Photon. Rev. 2021. V. 15. № 3. P. 2000295.
  7. Vicario C., Ovchinnikov A.V., Ashitkov S.I., Agranat M.B., Fortov V.E., Hauri C.P. Generation of 0.9-mJ THz Pulses in DSTMS Pumped by a Cr:Mg2SiO4 Laser // Opt. Lett. 2014. V. 39. № 23.
  8. Shalaby M., Hauri C.P. Demonstration of a Low-frequency Three-dimensional Terahertz Bullet with Extreme Brightness // Nat. Commun. 2015. V. 6. № 5976. P. 5976.
  9. Ovchinnikov A.V., Chefonov O.V., Agranat M.B., Fortov V.E., Jazbinsek M., Hauri C.P. Generation of Strong-field Spectrally Tunable Terahertz Pulses // Opt. Express. 2020. V. 28. № 23. P. 33921.
  10. Митрофанов А.В., Рожко М.В., Назаров М.М., Якушкин Н.В., Воронин А.А., Федотов А.Б., Сидоров-Бирюков Д.А. Генерация терагерцового излучения релятивистскими лазерными импульсами на поверхности толстых твердотельных мишеней и тонких фольг // Письма в ЖЭТФ. 2024. Т. 119. № 3–4. С. 166.
  11. Румянцев Б.В., Пушкин А.В., Сулейманова Д.З., Жидовцев Н.А., Потемкин Ф.В. Генерация перестраиваемого мощного малопериодного терагерцового излучения в органических кристаллах при накачке мультигигаваттными чирпированными лазерными импульсами ближнего ИК-диапазона на длине волны 1.24 мкм // Письма в ЖЭТФ. 2023. Т. 117. № 7–8(4). С. 571.
  12. Chefonov O.V., Ovchinnikov A.V., Romashevskiy S.A., Chai X., Ozaki T., Savel’ev A.B., Agranat M.B., Fortov V.E. Giant Self-induced Transparency of Intense Few-cycle Terahertz Pulses in n-doped Silicon // Opt. Lett. 2017. V. 42. № 23. P. 4889.
  13. Chefonov O.V., Ovchinnikov A.V., Agranat M.B., Fortov V.E., Efimenko E.S., Stepanov A.N., Savel’ev A.B. Nonlinear Ttransfer of an Intense Few-cycle Terahertz Pulse Through Opaque n-doped Si // Phys. Rev. B. 2018. V. 98. № 16. P. 165206.
  14. Woldegeorgis A., Kurihara T., Beleites B., Bossert J., Grosse R., Paulus G.G., Ronneberger F., Gopal A. THz Induced Nonlinear Effects in Materials at Intensities above 26 GW/cm2 // J. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves. 2018. V. 39. № 7. P. 667.
  15. Dey I., Jana K., Fedorov V.Y., Koulouklidis A.D., Mondal A., Shaikh M., Sarkar D., Lad A.D., Tzortzakis S., Couairon A., Kumar G.R. Highly Efficient Broadband Terahertz Generation from Ultrashort Laser Filamentation in Liquids // Nat. Commun. 2017. V. 8. № 1. P. 1.
  16. Агранат М.Б., Ашитков С.И., Иванов А.А., Конященко А.В., Овчинников А.В., Фортов В.Е. Тераваттная фемтосекундная лазерная система на хром-форстерите // Квантовая электроника. 2004. Т. 34. № 6. С. 506.
  17. Vicario C., Jazbinsek M., Ovchinnikov A.V., Chefonov O.V., Ashitkov S.I., Agranat M.B., Hauri C.P. High Efficiency THz Generation in DSTMS, DAST, and OH1 Pumped by Cr:Forsterite Laser // Opt. Express. 2015. V. 23. № 4. P. 4573.
  18. Овчинников А.В., Чефонов О.В., Агранат М.Б. Генерация второй оптической гармоники в кремнии при воздействии терагерцевого импульса с высокой напряженностью электрического поля // ТВТ. 2022. Т. 60. № 5. С. 666.
  19. Ovchinnikov A.V., Chefonov O.V., Agranat M.B., Kudryavtsev A.V., Mishina E.D., Yurkevich A.A. Free-carrier Generation Dynamics Induced by Ultrashort Intense Terahertz Pulses in Silicon // Opt. Express. 2021. V. 29. № 16. P. 26093.
  20. Agranat M.B., Ovchinnikov A.V., Chefonov O.V. Ioni-zation of a Silicon Surface Layer Induced by a High-Intensity Subpicosecond Electric Field // J. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves. 2024. V. 45. P. 383.
  21. Randall C.M., Rawcliffe R.D. Refractive Indices of Germanium, Silicon, and Fused Quartz in the Far Infrared // Appl. Opt. 1967. V. 6. № 11. P. 1889.
  22. Schinke C., Christian Peest P., Schmidt J., Brendel R., Bothe K., Vogt M.R., Kröger I., Winter S., Schirmacher A., Lim S., Nguyen H.T., Macdonald D. Uncertainty Analysis for the Coefficient of Band-to-band Absorption of Crystalline Silicon // AIP Adv. 2015. V. 5. № 6. P. 067168.
  23. Redmer R., Madureira J.R., Fitzer N., Goodnick S.M., Schattke W., Schöll E. Field Effect on the Impact Ionization Rate in Semiconductors // J. Appl. Phys. 2000. V. 87. № 2. P. 781.
  24. Kunikiyo T., Takenaka M., Morifuji M., Taniguchi K., Hamaguchi C. A Model of Impact Ionization Due to the Primary Hole in Silicon for a Full Band Monte Carlo Simulation // J. Appl. Phys. 1996. V. 79. № 10. P. 7718.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».