WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. 1 Фотоэлектрические свойства структур In/In2Se3 + + + ¶ © Г.А. Ильчук, В.В. Кусьнэж, Р.Ю. Петрусь, В.Ю. Рудь, Ю.В. Рудь, В.О. Украинец+ Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия + Национальный университет „Львивська политехника“, 79013 Львов, Украина Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 195251 Санкт-Петербург, Россия (Получена 27 апреля 2006 г. Принята к печати 10 мая 2006 г.) Методом направленной кристаллизации расплава, близкого по составу к стехиометрическому, а также парофазным методом выращены кристаллы In2Se3 гексагональной модификации, и впервые созданы барьеры Шоттки In/n-In2Se3, фоточувствительные в широкой области энергий падающих фотонов 1-3.8эВ при 300 K. Изучен характер межзонного фотоактивного поглощения, оценены высота энергетического барьера и энергии межзонных оптических переходов. Сделан вывод о возможностях применения выращенных кристаллов в широкополосных фотопреобразователях оптического излучения.

PACS: 71.20.Nr, 73.40.Ns, 73.50.Pz Алмазоподобные полупроводниковые соединениия, лы имеют гексагональную структуру и обладают ярко образующиеся при межатомном взаимодействии на ква- выраженной спайностью по плоскости (0001), что и зибинарном разрезе AI CVI-BIIICVI, уже стали объек- позволяет легко отщеплять пластинки с зеркальными 2 2 3 том интенсивно проводимых исследований в связи с плоскостями. Кристаллы In2Se3 имели темно-серый цвет открывающимися новыми возможностями применения и внешне были подобны InSe. Однако качество поверхэтих своеобразных веществ в полупроводниковой опто- ности сколотых пластин In2Se3 оказалось значительно и фотоэлектронике [1–4]. Анализ возможных схем меж- ниже по сравнению с кристаллами InSe.

атомного взаимодействия по указанному квазибинарПолученные монокристаллы In2Se3 согласно знаку ному разрезу уже позволил предсказать целый ряд термоэдс имели проводимость n-типа, и их удельное позиционно-упорядоченных химических соединений с сопротивление для образцов из одного и того же слитка единой формулой AIBIII CVI, общим для которых 2n+1 3n+2 лежало в пределах = 107-108 Ом · см при темпераявляется присутствие стехиометрических вакансий [5,6].

туре T = 300 K. В проходящем интегральном свете от Сведения о функциональных свойствах веществ, на колампы накаливания при толщинах 0.1мм пластины торых построен квазибинарный разрез AI CVI-BIIICVI, в 2 2 In2Se3 имели темно-красный цвет.

настоящий период сильно ограничены [4,7]. Для дальнейТемпературная зависимость удельного сопротивлешего более глубокого анализа межатомного взаимодейния () одного из исследованных образцов In2Se3 привествия в рассматриваемой системе AI CVI-BIIICVI поста2 2 дена на рис. 1. Зависимости (T ) следовали, как правиновка экспериментальных исследований взаимодействия ло, характерному для алмазоподобных полупроводников атомов различной природы в присутствии стехиометрических вакансий представляется крайне актуальной.

Настоящая работа посвящена исследованиям фотоэлектрических явлений одного из представителей этого типа сложных соединений — In2Se3 и получению первых фоточувствительных структур на основе бинарного соединения In2Se3.

1. Монокристаллы бинарного соединения In2Se3 получены методом направленной кристаллизации расплава этого вещества, близкого по составу к стехиометрическому, при вертикальном расположении кварцевого тигля с графитизированной внутренней поверхностью, а также парофазным методом. Селен в навеску компонент вводился с избытком, который обеспечивал подавление диссоциации In2Se3. Кристаллы, выращенные по разработанному режиму, были однофазными, и их состав отвечал формульному. Дифрактометрические рентгеновские измерения показали, что выращенные кристалРис. 1. Температурная зависимость удельного сопротивления ¶ E-mail: rudvas@spbstu.ru кристалла n-In2Se3: 1 — нагрев образца, 2 —охлаждение.

54 Г.А. Ильчук, В.В. Кусьнэж, Р.Ю. Петрусь, В.Ю. Рудь, Ю.В. Рудь, В.О. Украинец экспоненциальнмоу закону = 0 exp(ED/kT ), (1) где k — постоянная Больцмана, а ED —энергия активации донорных центров, определяющих сопротивление кристаллов в исследованном интервале температур.

Для полученных кристаллов энергия активации доминирующих дефектов решетки оценивалась в предположении сильной компенсации доноров акцепторными центрами и составляла ED 0.4эВ [8]. Природа глубоких уровней в этих кристаллах пока не известна и предположительно может быть приписана собственным точечным дефектам решетки, обусловленным отклонениями состава от стехиометрии In2Se3. Оценка концентрации и холловской подвижности электронов по результатам Рис. 2. Спектральная зависимость относительной квантовой первых измерений коэффициента Холла и удельной электропроводимости в полученных кристаллах n-In2Se3 эффективности фотопреобразования структуры In/n-In2Se3 в неполяризованном излучении при T = 300 K. 1 — освещение показывает, что концентрация свободных электронов со стороны пленки индия, 2 — освещение со стороны In2Se3.

n 109 см-3, а их подвижность µn 50 см2/В · с при T = 300 K.

На однородных кристаллах n-In2Se3 создавались поверхностно-барьерные структуры In/In2Se3 нанесением методом вакуумного термического напыления чистого индия на свежесколотую зеркальную плоскость In2Se3 (0001). Как показали измерения стационарных вольт-амперных характеристик, полученные структуры In/In2Se3 обнаруживают четкое выпрямление, причем пропускное направление отвечает отрицательной полярности внешнего смещения на полупроводнике, а при освещении структур воспроизводимо возникает фотовольтаический эффект и полупроводник заряжается отрицательно. Фоточувствительность полученных барьеров In/n-In2Se3 всегда выше при освещении со стороны барьерного контакта, а максимальная вольтовая фоточувствительность в лучших структурах достигает m SU 100 В/Вт при T = 300 K.

Рис. 3. Зависимости 1/2 = f ( ) (1), ( )1/2 = f ( ) (2) и На рис. 2 представлены типичные спектральные зави- ( )2 = f ( ) (3) при T = 300 K.

симости относительной квантовой эффективности фотопреобразования ( ) одной из структур In/n-In2Se3 при двух геометриях ее освещения. Характерно, что в длинуровне (рис. 2, кривая 1), т. е. спектр становится широноволновой области, при энергиях фотонов <1.8эВ, кополосным. Это свидетельствует о высокой эффективвид зависимостей ( ) оказывается близким, что свиности собирания фотогенерированных пар и подавления детельствует об одинаковом характере фотоактивного поверхностной рекомбинации в полученных барьерах поглощения. В области энергий фотонов 1.8эВ In/n-In2Se3. Действительно, полная ширина на половине при освещении структур со стороны полупроводника наамплитуды интенсивности спектральной полосы фотоступает резкий коротковолновой спад фоточувствительчувствительности полученных структур при их освещености, вызванный по мере роста постепенным удалении со стороны подложки n-In2Se3 1/2 0.2эВ, тогда нием слоя фотогенерированных пар от активной области как при переходе к их освещению со стороны барьерструктуры на расстояния, превышающие длину диффуного слоя In (толщиной 0.5мкм) происходит сильное зионного смещения носителей заряда в In2Se3. По этой увеличение ширины полосы до 1/2 2эВ (рис. 2).

причине фоточувствительность барьеров In/n-In2Se3 в Результаты анализа экспериментальных спектров фоусловиях освещения со стороны полупроводника при точувствительности для типичной структуры In/n-In2Se 2 эВ практически исчезает (рис. 2, кривая 2). При с позиций теории межзонного оптического поглощения освещении структуры со стороны барьерного контакта при >1.8 эВ фоточувствительность, напротив, на- в однородных полупроводниках и фотоэлектрических чинает снова резко возрастать до 2эВ, а в даль- процессов в барьерах Шоттки [9,10] представлены на нейшем вплоть до 3.8 эВ сохраняется на высоком рис. 3. Длинноволновая часть спектров ( ) при Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. Фотоэлектрические свойства структур In/In2Se3 <1.8 эВ в координатах ()1/2 = f ( ) содержит [6] S.B. Tsang, S.H. Wei, A. Zunger, H. Katayama-Yoshida. Phys.

Rev. B, 57, 9642 (1998).

несколько прямолинейных участков (рис. 3, кривая 1), [7] S.H. Wei, S.B. Tsang, A. Zunger. Appl. Phys. Lett., 72, и соответственно экстраполяция ()1/2 0 приводит (1998).

к определению ряда значений высоты потенциального [8] Д. Блекмор. Статистика электронов в полупроводнибарьера B 1.59, 1.23, 1.14 эВ. Это обстоятельство, ках (М., Мир, 1964).

предположительно, может быть связано со сложной [9] С. Зи. Физика полупроводниковых приборов (М., Мир, структурой энергетического спектра анизотропного кри1984).

сталла In2Se3, кристаллическое расщепление уровней в [10] А. Милнс, Д. Фойхт. Гетеропереходы и переходы мекотором зависит от кристаллографического направлеталл–полупроводник (М., Мир, 1975).

ния. К настоящему времени исследования анизотропии Редактор Л.В. Шаронова зонного спектра кристалла In2Se3, для которого известен ряд модификаций [4], пока не проводились, и более Photoelectrical properties of In/In2Seопределенный анализ длинноволнового края ( ) пока не возможен. Из рис. 3 (кривые 2 и 3) видно, structures что в координатах ( )1/2 = f ( ) и ( )2 = f ( ) + + + G.A. Il’chuk, V.V. Kusnezh, R.Yu. Petrus’, спектры фоточувствительности обнаруживают прямо + V.Yu. Rud’, Yu.V. Rud’, V.O. Ukrainets линейные участки, которые с позиций существующих представлений [9] могут быть приписаны непрямым и The Ioffe Physicotechnical Institute, прямым межзонным оптическим переходам в In2Se3. Russian Academy of Sciences, Ширина запрещенной зоны для непрямых переходов, 194021 St. Petersburg, Russia + полученная в результате экстраполяции ( )1/2 0, National University L’vivska Politekhnika“, ” ind составляет EG 1.79 эВ (рис. 3, кривая 2), а экстрапо- 79013 L’viv, Ukraine ляция ( )2 0 позволяет оценить значение ширины St. Petersburg State Polytechnic University, d запрещенной зоны для прямых переходов — EG 1.9эВ 195251 St. Petersburg, Russia при T = 300 K.

Таким образом, методом направленной кристалли-

Abstract

The In2Se3 hexagonal modifications of single crystals зации из близкого к стехиометрии данного соеди- were grown. For the first time the In2Se3 Schottky berriers have нения расплава выращены гексагональные кристаллы been obtained. They are photosensitive to incident photons in a n-In2Se3, проводимость которых определяется донорами wide energy region 1-3.8eV at T = 300 K. The nature of the с энергией активации ED 0.4 эВ. Созданы фоточув- interband photoactive absorption is investigated. Approximated ствительные барьеры Шоттки In/n-In2Se3, и изучены values of the height of the energy barrier, the energy of interband спектры квантовой эффективности фотопреобразования optical transitions are given. Single crystals grown can be applied в области 1-3.8 эВ. Обсуждаются основные механизмы in wide band photoconvertors of the mighty radiation.

фоточувствительности полученных структур. Оценены высота энергетического барьера в структурах In/In2Seи ширина запрещенной зоны In2Se3 для непрямых и прямых межзонных переходов. Полученные барьеры Шоттки представляют интерес для использования в тонкопленочных солнечных элементах и широкополосных фотопреобразователях оптических излучений.

Работа поддержана программой ОФН РАН „Новые принципы преобразования энергии в полупроводниковых структурах“.

Список литературы [1] Н.А. Горюнова. Химия алмазоподобных полупроводников (Л., ЛГУ, 1963).

[2] И.В. Боднарь, В.Ф. Гременок, В.Ю. Рудь, Ю.В. Рудь. ФТП, 33, 805 (1999).

[3] И.В. Боднарь, Е.Ф. Дмитриева, В.Ю. Рудь, Ю.В. Рудь.

ЖТФ, 75 (3), 84 (2005).

[4] Физико-химические свойства полупроводниковых веществ, под ред. А.В. Новоселовой, В.Б. Лазарева (М., Наука, 1979).

[5] G. Martin, R. Marques, R. Guevara. Jap. J. Appl. Phys., 39 (1), 44 (2000).

Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, 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.