WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 10 Влияние примеси гольмия (Ho) на фотоэлектрические свойства As2Se3 и (As2S3)0.3(As2Se3)0.7 © И.И. Бурдиян, Э.А. Сенокосов, В.В. Косюк¶, Р.А. Пынзарь Приднестровский государственный университет им. Т.Г. Шевченко, 3300 Тирасполь, Молдова (Получена 16 января 2006 г. Принята к печати 30 января 2006 г.) Исследовалось влияние примеси гольмия (Ho) на фотоэлектрические свойства монолитных и пленочных образцов As2Se3 и (As2S3)0.3(As2Se3)0.7. Измерения относительной фотопроводимости на монолитных образцах и спектрального распределения фототока на пленочных образцах показали увеличение фотопроводимости веществ при их легировании Ho в концентрации 0.010-0.015 ат%. Из спектрального распределения фототока и оптического поглощения установлено, что с увеличением концентрации Ho до 0.015 ат % ширина запрещенной зоны монотонно уменьшается от 1.88 до 1.85 эВ для As2Se3 и от 2.05 до 2.00 эВ для (As2S3)0.3(As2Se3)0.7, а затем слабо возрастает до значений в исходных чистых материалах.

PACS: 72.40.+w, 73.50.Pz, 78.40.Pg 1. Введение с активным механическим перемешиванием и последующим охлаждением со скоростью 10-2 K/с. ПолуАктивное практическое применение халькогенидных ченные монолитные соединения представляли собой стеклообразных полупроводников (ХСП) вызывает иноднородные слитки сегметного сечения 10 5мм и терес к вопросу их легирования некоторыми металлами.

длиной 60-70 мм, очень чувствительные к свету. В дальВ свете этого интереса заслуживает внимание легиро- нейшем эти слитки сплавлялись с Ho в концентрации вание их переходными металлами — самарием (Sm), 0.010-0.030 ат % по той же технологии синтеза.

диспрозием (Dy), марганцем (Mn). В работе [1] поПленочные образцы приготавливались термичедробно исследовалось действие этих примесей на ХСП.

ским вакуумным распылением (остаточное давлеОднако авторы работы отметили, что введение примеси ние 10-5 мм рт. ст.) легированных слитков. Методика в концентрации > 0.1% по массе препятствует росту фораспыления — общеизвестная и подробно описана в топроводимости, приводит к структурным изменениям с работе [4]. Слои толщиной 0.4-0.7 мкм напылялись на образованием мелких кристаллических фаз.

стеклянные подложки с прозрачным проводящим элекНас заинтересовало это обстоятельство, мы провели тродом SnO2. Как показали дальнейшие исследования, исследование по легированию Dy в малых концентрапри такой технологии чувствовалось влияние вводимых циях, до 0.030 ат %, и обнаружили возрастание фотопримесей.

проводимости при легировании до 0.015 ат % Dy [2].

При увеличении доли примеси Dy выше 0.015 ат % на3. Эксперимент, измерения блюдались уменьшение фотопроводимости, уменьшение ширины запрещенной зоны Eg и другие следствия, что и вычисления совпадает с результатами работы [1]. Помимо этого, мы обратили внимание на наблюдаемые эффекты образова- На монолитных образцах по стандартной методике на постоянном токе с использованием тераомметра Е6-ния мелкокристаллических фаз (4-10 нм) авторами [3].

Изложенные факты и отсутствие данных относи- проводились измерения сопротивлений при двух направлениях тока и постоянном интегральном освещении тельно действия примеси аналогичного элемента — 200 лк. По измеренным значениям определялась относигольмия (Ho) поставили перед нами задачу изучения влияния очень малых концентраций Ho на фотоэлектри- тельная фоточувствительность по формуле ческие свойства оптимально выгодных для практических =( /) · 100 %, (1) целей материалов As2Se3 и (As2S3)0.3(As2Se3)0.7.

где — темновое удельное сопротивление, — 2. Технология получения материалов изменение удельного сопротивления при освещении.

Зависимости от концентрации примеси C предДля снижения влияния кислорода, содержащегося в ставлены на рис. 1. Видно характерное возрастание исходных элементарных материалах марки ОСЧ, они фотопроводимости в области 0.010-0.015 ат % Ho.

подвергались вакуумной дистилляции. Затем приготавНа пленочных образцах исследовались спектральные ливались чистые исходные составы синтезом в эвакуираспределения фототока, оптического пропускания и рованных кварцевых ампулах при температуре 1100 K поглощения. Измерения проводились на постоянном то¶ E-mail: vcosiuc@mail.ru ке, регулируемом источником напряжения с точностью Влияние примеси гольмия (Ho) на фотоэлектрические свойства As2Se3 и (As2S3)0.3(As2Se3)0.7 по напряжению 10-4 В, при освещении монохроматическим излучением в диапазоне 350-900 нм с использованием спектрофотометра SPECORD M-40 и тераомметра Е6-14. Наблюдалось полное соответствие между изменениями с концентрацией Ho фототока оптического пропускания и поглощения. Полученные спектральные распределения фототока (I) показаны на рис. 2 и 3.

Из спектров фототока по значениям длины волны m, соответствующей середине краевой полосы фототока (рис. 2, 3), оценивалась ширина запрещенной зоны Eg образцов ХСП как Eg = hc/m, где c — скорость света, h — постоянная Планка.

Кривые спектрального распределения коэффициента оптического поглощения показаны на рис. 4 и 5.

Участок резкого спада поглощения экстраполировался до пересечения с осью длин волн, и по отсечке на шкале длин волн n вычислялись значения ширины запрещенной зоны как Eg = hc/n.

Значения Eg, полученные из спектров фототока и оптического поглощения, оказались близкими, они представлены в таблице.

Зависимости средних значений Eg от концентрации примеси показаны на рис. 1.

Рис. 2. Спектральное распределение фототока для плен4. Обсуждение результатов ки As2Se3 при 300 K в зависимости от концентрации Ho, ат %:

исследования 1 —0, 2 — 0.010, 3 — 0.015, 4 — 0.020, 5 — 0.030.

Наблюдаемые изменения относительного фотосопротивления с изменением концентрации примесей (рис. 1), по всей вероятности, связаны со способностью Рис. 1. Зависимость от концентрации Ho фоточувствитель- Рис. 3. Спектральное распределение фототока для пленности в белом свете объемных образцов (1, 2) и ширины ки (As2S3)0.3(As2Se3)0.7 при 300 K в зависимости от концентзапрещенной зоны для пленочных (3, 4). 1, 3 — As2Se3, рации Ho, ат %: 1 — 0, 2 — 0.010, 3 — 0.015, 4 — 0.020, 2, 4 — (As2S3)0.3(As2Se3)0.7. 5 — 0.030.

7 Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 1252 И.И. Бурдиян, Э.А. Сенокосов, В.В. Косюк, Р.А. Пынзарь Ширина запрещенной зоны в образцах с разной концентрацией Ho m, нм Eg, эВ n, нм Eg, эВ Концент(по спектрам (по спектрам (по спект- (по спектрация фотопро- фотопро- рам погло- рам поглоHo, ат % водимости) водимости) щения) щения) As2Se0 660 1.88 652 1.0.010 667.5 1.86 656 1.0.015 675 1.84 665 1.0.020 664 1.87 658 1.0.030 657.5 1.88 653 1.(As2S3)0.3(As2Se3)0.0 604 2.05 596 2.0.010 615 2.02 612 2.0.015 621 2.0 615 2.0.020 618 2.01 610 2.0.030 610 2.03 605 2.атомов Ho занимать вакантные места, возникающие из-за отсутствия легколетучих атомов Se и S. При этом атомы Ho, обладая близкими ионными радиусаРис. 4. Спектральное распределение оптического поглощения ми, устойчиво внедряются в матрицу основного вев пленке As2Se3 при 300 K в зависимости от концентра- щества, сохраняют химические связи, залечивают деции Ho, ат %: 1 —0, 2 — 0.010, 3 — 0.015, 4 — 0.020.

фекты. В результате уменьшается влияние мелких дефектов, увеличивается фотопроводимость. Однако этот положительный фактор является определяющим только до C = 0.015 ат % Ho. В дальнейшем, с увеличением C, возникает влияние избыточных примесей, могут образовываться новые фазы соединений типа HoSe2, Ho2Se3, а по данным работы [3] наблюдаются мелкие кристаллические включения размером 4-10 нм. Все это приводит к увеличению Eg, уменьшению фотопроводимости, к смещению кривых фототока, оптического поглощения. Наблюдаемое уменьшение Eg в области, близкой к 0.015 ат % Ho, объясняется влиянием примесных зон [5], согласуется с наблюдаемым законом Урбаха [6] и характерно для многих составов ХСП.

5. Заключение Разработана технология получения массивных и пленочных однородных материалов As2Seи (As2S3)0.3(As2Se3)0.7, легированных Ho в малых концентрациях (до 0.030 ат %).

С увеличением концентрации примеси Ho относительная фотопроводимость возрастает и достигает максимума (80-90%) при концентрации Ho 0.015 ат%.

С увеличением примеси Ho до 0.015 ат % ширина запрещенной зоны Eg монотонно уменьшается от 1.Рис. 5. Спектральное распределение оптического поглощения до 1.85 эВ для As2Se3 и от 2.05 до 2.0 эВ для в пленке (As2S3)0.3(As2Se3)0.7 при 300 K в зависимости от (As2S3)0.3(As2Se3)0.7, а при дальнейшем увеличении конконцентрации Ho, ат %: 1 — 0, 2 — 0.010, 3 — 0.015, центрации постепенно возрастает до значений, соответ4 — 0.020, 5 — 0.030.

ствующих исходным не легированным материалам.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Влияние примеси гольмия (Ho) на фотоэлектрические свойства As2Se3 и (As2S3)0.3(As2Se3)0.7 Список литературы [1] М. Йову, С. Шутов, М. Попеску, Л. Кухонен, А. Седов.

J. Optoelectron. Avd. Mater., 1 (2), 15 (1999).

[2] И.И. Бурдиян, В.В. Косюк, Р.А. Пынзарь, А.В. Чебан. Вестн.

Приднестров. ун-та, 3, 44 (2005).

[3] И.В. Фекешгази, К.В. Май, Н.И. Мателешко, В.М. Мица, Е.И. Бокач. ФТП, 39 (8), 986 (2005).

[4] И.С. Фещенко. Автореф. канд. дис. (Тирасполь, 2002).

[5] Электронные явления в халькогенидных стеклообразных полупроводниках, под ред. К.Д. Цэндина (М., Наука, 1996) с. 41.

[6] Оптические свойства полупроводников и диэлектриков (Кишинев, Штиинца, 1988) с. 93.

Редактор Л.В. Шаронова Influence of Ho-impurities on the photoelectric properties of As2Seand (As2S3)0.3(As2Se3)0.I.I. Burdian, E.A. Senokosov, V.V. Cosiuc, R.A. Pynzar Dniester State University, 3300 Tiraspol, Moldova

Abstract

The influence of Ho-impurities on the photoelectric properties of bulk and film samples of As2Seand (As2S3)0.3(As2Se3)0.7 is investigated. The measurements of the relative photoconductivity of bulk samples and the photocurrent spectral distribution have shown the increase of the photoconductivity of samples in the case of the Ho doping level about 0.010-0.015 at %. The results of the spectral distribution of the photocurrent and the optical absorption showed the decrease of the band gap from 1.88 down to 1.85 eV for As2Se3 and from 2.down to 2.0 eV for (As2S3)0.3(As2Se3)0.7 with the increase of the density of the Ho-impurities, and then the weak increase up to the values of band gap for the clean semiconductors.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.