ОСОБЛИВОСТі єМНіСНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЕТЕРОСТРУКТУР N-TіO2/P-CDTE, ОТРИМАНИХ МЕТОДОМ СПРЕЙ-ПіРОЛіЗУ Текст научной статьи по специальности «Физика»

Сенсорн нзгнвпро1йднико1й пристрси

Проведено дослиджен-ня електричних властиво-стей атзотипних гетеро-переходiв n-Ti02/p-CdTe, отриманих методом спрей-пiролiзу. Основш результа-ти дослиджень пояснен в рамках моделi структури з тонким високоомним про-шарком на поверхш бази та наявтстю значног концентрации поверхневих енерге-тичних статв на межiроз-дту компонент

Ключовi слова: CdTe, Т02, гетероструктури,

спрей-пiролiз □-□

Проведены исследования электрических свойств анизотипных гетеропереходов n-Ti02/p-CdTe, полученных методом спрей-пиролиза. Основные результаты исследований объяснены в рамках модели структуры с тонким высо-коомным слоем на поверхности базы и наличием значительной концентрации поверхностных энергетических состояний на границе раздела компонент

Ключевые слова: CdTe, Т02, гетероструктуры, спрей-пиролиз

УДК 621.315.592

ОСОБЛИВОСТ1 еМШСНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЕТЕРОСТРУКТУР n -Ti O2/p -Cd Te, ОТРИМАНИХ МЕТОДОМ СПРЕЙ-П1РОЛ1ЗУ

В. В. Брус

Астрант Чершвецьке вщд^ення

1нститут проблем матерiалознавства iM. I. М. Францевича НАН УкраТни вул. 1рини ВЫьде, 5, м. Чершвщ, УкраТна, 58000 Контактний тел.: (0372) 55-12-32 E-mail: [email protected] М . I. I л а щ у к Кандидат фiзико-математичних наук, ассистент* Контактний тел.: (0372) 55-28-30 О. А. Па рфе нюк Доктор фiзико-математичних наук, профессор* Контактний тел.: (0372) 52-26-80 E-mail:[email protected] П.Д. Мар'янчук Доктор фiзико-математичних наук, професор, завщувач кафедри*

Кафедра електрошки i енергетики Контактний тел.: (03722) 4-68-77 E-mail: [email protected] Н.М. Гавалешко Кандидат фiзико-математичних наук, доцент* Контактний тел.: (03722) 4-69-79 *Кафедра електрошки i енергетики Чершвецький нацюнальний ушверситет iм. Юрiя Федьковича вул. Коцюбинського, 2, Чершвщ, УкраТна, 58012

1. Вступ

Телурид кадмж набув широкого застосування як базовий матерiал для сонячних елеменпв, що зумов-лено його високою фоточутливiстю та оптимальним для фотовольта!чного перетворення значенням ши-рини заборонено! зони (Eg=1.5 еВ при Т = 295 К) [1]. Перспективним в даний час вважаеться виготовлен-ня фотоперетворювачiв на основi гетеропереходiв, де оптичним вжном з широкою забороненою зоною е оксиди металiв, зокрема дюксид титану (ТiО2), а поглинаючим шаром - CdTe. Значення ширини заборонено! зони для ТЮ2 складае ~3.15 3.5 еВ у за-лежностi вiд кристалiчноi структури i технологii ви-готовлення плiвок ТiО2 [2], що дозволяе розширити область спектрально! фоточутливостi гетероперехо-дiв на основi CdTe в сторону малих довжин хвиль. Со-нячш елементи на основi гетеропереходiв ТiО2/CdTe у тонкоплiвковому виконаннi з екстремально тонким поглиначем на структурованш поверхш були отри-

маш в [3], а реактивним магнетронним напиленням тонко! плiвки дюксиду титану на монокристалiчний CdTe - у [4].

У данш роботi приведенi результати дослщжень електричних властивостей анiзотипних гетеропере-ходiв n-Ti02/p-CdTe, отриманих нанесенням тонких плiвок дiоксиду титану на свiжосколотi поверхш (110) монокристалiчних пiдкладок CdTe методом спрей-т-ролiзу.

2. Методика експерименту

Нанесення плiвок Ti02 проводили розпиленням розчину 0,1М TiCl3 у дистильованш водi. Газом-носieм було стиснуте до 1.5 атм повггря. Швидкiсть розпи-лення розчину становила 5 мл/хв., температура тд-кладки - 400°С. Товщину отриманих плiвок (0,5 мкм) визначали з використанням штерферометра МИИ - 4 за стандартною методикою.

© В.В. Брус, M.I. Изщук, О.А. Парфенюк, П.Д. Мар'янчук, Н.М. Гавалешко, 2012

Кристали для шдкладок були вирощеш методом Брщжмена. 1хш електричнi параметри при Т=295 К становили: питома електропровщшсть о= = 8,9 10-2 Ом-1-см-1, концентрацiя носiiв заряду р = = 8,9 1015 см-3. Нанесенi на монокристалiчнi шд-кладки плiвки ТЮ2 мали електронну провiднiсть.

Електричнi властивоси отриманих структур п-ТiО2/p-CdTe дослщжували шляхом вимiрювання вольт-амперних (ВАХ) та вольт-фарадних (ВФХ) характеристик при рiзних температурах (295-351К) та частотах змшного сигналу (10-103 кГц) за допомогою комплексу SOLARTRON SI 1286, SI 1255.

3. Результати та ¡х обговорення

Отриманi гетеропереходи n-ТiО2/p-CdTe володiли яскраво вираженими дiодними характеристиками з коефвдентом випрямлення 6.0103 при напрузi V=2.0 В. ВАХ дослвджуваних структур при прямому змiщеннi наведен на рис. 1.

Рис. 1. Прямi гiлки ВАХ структури n-TiO2/p-CdTe при рiзних температурах. На вставц приведена температурна залежнiсть висоти потенщального бар'ера

Визначена висота потенцiального бар'ера ефк при Т=295К дорiвнювала 1.36 В, що пiдтверджуе хорошi випрямляючi властивостi дослiджуваних електрич-них переходiв.

Встановлено, що температурна залежнiсть величи-ни ефк отриманих гетероструктур n-ТiО2/p-CdTe у до-слiджуваному дiапазонi температур добре описуеться рiвнянням:

еФк = еФк(0) -Рф'T,

(1)

де Рф = 4.410-3 еВК-1 - температурний коефвдент висоти потенцiального бар'ера, а ефк (0) = 2.94 еВ -його висота при абсолютному нулi температури (вставка на рис. 1).

Отримане значення ефк(0) значно перевищуе ширину забороненоi зони CdTe (Eg = 1.6 еВ), що могло б бути спричинене формуванням обласп просторово-го заряду не ильки в шдкладщ, але й у плiвцi.

Однак величина визначеного з лшшних д^янок прямих гiлок ВАХ при рiзних температурах посль довного опору структури практично ствпадала з опором базового матерiалу, розрахованого при вра-хуванш геометричних розмiрiв пiдкладки (рис. 2), у всьому температурному iнтервалi вимiрювань.

Рис. 2. Температурнi залежностi опору:1- базового матерiалу (CdTe); 2 - послщовного опору дослiджуваних структур n-TiO2/p-CdTe

Це вказуе на те, що електричний перехщ формуеть-ся у CdTe, а опiр плiвки е меншим вiд опору пiдкладки. Тому можна допустити, що отримане значення ефк(0) зумовлене шшими причинами, що пiдтверджуеться при подальшому аналiзi ВФХ структури.

Рис. 3. ВФХ структури ТiО2/p-CdTe при рiзних значеннях частоти змiнного сигналу: 1-10кГц; 2 - 20кГц; 3 -1МГц

ВФХ гетеропереходу n-TiO2/p-CdTe у координатах С-2= f(V) при юмнатнш температурi та рiзних частотах збуджуючого сигналу наведенi на рис. 3. При низьких частотах ВФХ дослщжуваних структур характеризуются двома яскраво вираженими д^янками: в обла-ст зворотних змiщень спостерiгалась незначна залеж-нiсть емностi структури вiд прикладеноi зовнiшньоi напруги та рiзке и збiльшення при змiнi полярностi (рис. 3, кр.1,2). Встановленi особливостi ВФХ можуть бути пояснен наявнiстю в базi структури високоомно-го прошарку, опiр якого Rb змiнюеться при включенш гетеропереходу в прямому напрямку [5].

Як було запропоновано авторами [5], у такому ви-падку для дослщжуваних структур необхщно викори-стовувати еквiвалентну схему замiщення, в якш, крiм опору бази, враховуеться i ii емнiсть (рис. 4).

Рис. 4. Е^валентна схема структури при врахуванш наявностi тонкого високоомного прошарку

Аналiз отриманого в [5] виразу для вимiрюваноï емносп структури Cm, розрахованого на ochobî еквь валентноï схеми (рис. 4), проведений при зворотних та прямих змщеннях, добре пояснюе результати емшс-них вимiрювань структур n-TiO2/p-CdTe.

Зворотт змщення. Допускаючи, що при зворотних напругах опори високоомного прошарку Rb та збщне-toï областi структури Rd приблизно рiвнi мiж собою Rb s Rd (зазвичай вважають, що Rb << Rd), для повноï eмностi системи автори [5] отримали вираз:

CdCb Cd + Cb

(2)

тобто повна емшсть системи складаеться i3 посль довно ввiмкнених емностей високоомного прошарку Сь та просторового заряду гетеропереходу Cd.

Осюльки при V<0 спостерiгаеться висока бар'ерна емшсть електричного переходу Cd >> Сь, вираз (2) набувае вигляду CM = Сь, тобто абсолютне значення величини CM наближаеться до емност високоомного прошарку Сь.

Прямг змщення. У цьому випадку ввдбуваеться штотна змiна величини С-2, що пояснюеться рiзким зменшенням опору високоомного прошарку бази внас-лiдок iнжекцii носив заряду. При цьому Rb < Rd, i для опису залежност СМ = f(V) можна використати вираз

CM -

C

1+œ2[Rb(V)]2Cd

(3)

Вважаеться, що кожному значенню напруги буде вщповщати свое значення Rb.

Зростання емноси в областi додатних змщень залежить вiд здатностi шжектованих носiïв заряду встигати за змшою сигналу, на якому проводяться вимiрювання. При невиконаннi зазначеноï умови, що може мати мшце в обласи високих частот, зб^ьшен-ня емносп при V>0 може не спостерттися [6]. Так можна пояснити експериментальш C-V залежностi при f = 1МГц (рис. 3, кр.3).

Зауважимо, що в рамках запропонованоï мо-делi структури дослiджуваних гетеропереходiв

n-TiO2/p-CdTe неможливо пояснити експеримен-тально спостережувану залежшсть eмностi вiд частоти змшного сигналу в облас^ зворотних змщень (вираз 2). Найiмовiрнiше припустити, що отримана залежшсть CM=f(ra) пов'язана з на-явнiстю поверхневих енергетичних сташв на межi роздiлу високоомний прошарок - напiвпровiдник

[6]. 1х густина, оцiнена авторами роботи [7] для поверхонь CdTe, отриманих методом сколювання на повiтрi, дорiвнювала 6.21012 см"2-еВ-1. Крiм цьо-го, необхщно враховувати поверхневi енергетичнi стани, зумовлеш дислокацiями неузгодженостi, якi виникають через розбiжностi параметрiв гра-ток компонент структури.

Зауважимо, що зпдно з дослiдженнями стану по-верхнi CdTe, проведеними авторами цитованоï роботи

[7], при збер^анш на повiтрi на його поверхш утво-рюеться окисна плiвка телуру TeO2. Було встановлено також, що внаслвдок дiï кисню, пiдсиленоï пвд^вом, крiм дiоксиду телуру додатково можуть утворюватися такi сполуки, як CdTeO3 та Cd(OH)2, якi так само, як i TeO2, е iзоляторами. Вказанi процеси i будуть при-водити до формування високоомного прошарку на поверхш шдкладок CdTe при '¿х на^ванш до темпе-ратури 400оС при виготовленнi структур. Утворення тонких високоомних плiвок TeO2 на поверхш CdTe внаслщок взаeмодiï атомiв телуру з киснем було встановлено також у робоп [8].

4. Висновки

Ашзотипш гетеропереходи n-TiO2/p-CdTe, отри-манi нанесенням тонкоï плiвки TiO2 на монокри-сталiчнi пластини CdTe методом спрей-пiролiзу, ха-рактеризувалися високими значеннями контактноï рiзницi потенцiалiв (егак =1.36 еВ при Т=295 К) та дiодного коефiцieнта випрямлення (6.3-103 при на-прузi V= 2В).

Установлено, що отриманi гетеропереходи можна розглядати як структури з високоомним прошарком на поверхш базового матерiалу та наявшстю поверхневих енергетичних сташв на межi '¿х роздшу.

Лiтература

1. Fahrenbruch, A.L. Fundamentals of solar cells. Photovoltaic solar energy conversion [Текст] / A.L.Fahrenbruch, R.H.Bube.-Acade-mic Press, New York, 1983 - 280p.

2. Diebold, U. The surface science of titanium dioxide [Текст] / U. Diebold // Surface Science Reports. - 2003. - V.43. - P. 53-229.

3. Ernst, K. Contacts to a solar cell with extremely thin CdTe absorber [Текст] / K. Ernst, R. Engelhardt, K. Ellmer, C. Kelch, H.-J. Muffler, M.-Ch. Lux-Steiner// Thin Solid Films. - 2001. - V.387 ( 262). - P.26 -28.

4. Brus, V.V. Electrical and photoelectrical properties of photosensitive heterojunctions n-TiO2/p-CdTe [Текст] / V.V. Brus, M.I. Ilas-hchuk, Z.D. Kovalyuk, P.D. Maryanchuk, K.S. Ulyanytsky // Semicond. Sci. Technol. - 2011. - V.26. -P.125006-125012.

5. Лебедев, А.А. Емкостные измерения в случае сильной зависимости последовательного сопротивления базы диода от приложенного напряжения [Текст] / А.А.Лебедев, А.А.Лебедев, Д.В.Давыдов // ФТП.-2000.-№1(34).-С.113-116.

6. Зи, С.М. Физика полупроводниковых приборов [Текст] / С.М. Зи - М.:Энергия, 1973. - 655с.

7. Ponpon, J. P. A review of ohmic and rectifying contacts on cadmium telluride [Текст] / J. P. Ponpon // Solid State Elektron. -1985. -№.7(28) - P.689 -706.

8. Заверюхин, Б.Н. Пленочные детекторы ядерных излучений из теллурида кадмия [Текст] / Б.Н.Заверюхин, Н.Н.Мирсагатов, Н.Н.Заверюхина, В.В.Володарский, Е. Б. Заверюхина // Письма в ЖТФ. - 2003. -№.29(29). - С.80-87.

Восточно-Европейский журнал передовым текнологий ISSN 1729-3774

Abstract

The analysis of electrical properties of anisotype heterojunctions Ti02/p-CdTe, prepared by TO2 thin film deposition onto freshly cleaved CdTe single crystal substrates using the spray pyrolysis technique, was carried out. The determined height of the potential barrier of the heterojunction under investigation efK are equal to 1.36 and 2.94 eV at T=295 K and T=0 K. Since the electrical junction is formed in CdTe (Eg=1,5 eV), the obtained values of eq>K were explained by the formation of a thin high-resistance layer on the semiconductor's surface as well as by the presence of surface states at the heterojunction interface. The established features of the C-V characteristics well correlate with the mentioned assumptions

Keywords: CdTe, TO2, heterostructures, spray-pirolise method

-□ □-

Представлен спектри ЯКР 1151п в кристалах 1нБе вирощених з розплаву, записан неперервним методом для чотирьох резонансних переходiв 1151п зi стном 9/2. Виявлена мультиплеттсть спектрiв ЯКРз л^ями, як видповидають заборо-неним переходам. Вважаеться, що така анома-лiя викликана наявтстю гексадекапольног взаемоди ядер 1151п з градiентом електричного поля в

Ключовi слова: мультиплеттсть спектрiв, структурн дефекти, полтипи, ЯКР, гексадека-

польш взаемоди

□-□

Представлены спектры ЯКР 1151п в кристаллах выращенных с расплава, записанные непрерывным методом для четырех резонансных переходов 1151п со спином 9/2. Обнаружена муль-типлетность спектров ЯКР с линиями, которые отвечают запрещенным переходам. Считается, что такая аномалия вызвана наличием гексаде-капольного взаимодействия ядер 1151п с градиентом электрического поля в

Ключевые слова: мультиплетность спектров, структурные дефекты, политипы, ЯКР, гекса-

декапольное взаимодействие -□ □-

1. Вступ

За результатами дослщжень у«х фундаменталь-них електростатичних взаемодш звичайних речовин встановлено, що ядерний гексадекапольний зв'язок е найбшьш невизначеним. Починаючи з перших спо-стережень за взаемодiею ядра з його оточенням через електричний момент, багато експерименпв було проведено для дослщження, як статичних, так i часових залежностей цього явища.

2. Аналiз лкературних даних i постановка проблеми

Припущення про шнування ядерно! гексадека-польно! взаемоди було висунуто дослщниками ще до вщкриття ядерного квадрупольного резонансу, проте експериментальне дослвдження цього явища проводи-лися значно тзтше i продовжуються до тепершнього

УДК 539.1

ПРО 1СНУВАННЯ ГЕКСАДЕКАПОЛЬНО1

взАемодпв

СПЕКТРАХ ЯКР1151п

В InSe

Г. I. Л ас т i в к а

Кандидат техычних наук, доцент* Контактний тел.: (03722) 4-24-36 E-mail: [email protected] О. Г. Хан дожко

Доктор фiзико-математичних наук, професор* Контактний тел.: (03722) 4-24-36 E-mail: [email protected]

*Кафедра радютехшки та шформацтноТ безпеки Чершвецький нацюнальний уыверситет iM.Ю.Федьковича вул. Коцюбинського, 2, м. Черывф, УкраТна, 58012

часу, i, нажаль, немае однозначност в отриманих результатах.

Ще в 1948 р. Паунд [1] продемонстрував часову за-лежшсть квадрупольно! взаемоди, яка вщповщала за релаксащю ядер Br79 i Br81 у розчинах. Автор спосте-риав статичний ефект по розщепленню лшш ядерного резонансу в кристалi з симетрiею нижче за кубiчну. Група дослщниюв у 1956 р. спостер^ала зовшшньо шдуковаш квадрупольт переходи Cl35, як вщбува-лися мiж виродженими квадрупольними рiвнями в NaC103.

Особливо! уваги заслуговуе робота Ванга [2], який вперше експериментально виявив змшу в квадруполь-них спектрах Sb121 i Sb123, що вщбулася за рахунок статично! ядерно-електрично! гексадекапольно! вза-емоди.

Махлер i Джеймс [3] в 1966 р. спостериали ядерно-електричнi гексадекапольш переходи мiж магштно-розщепленими рiвнями 115In в InAs, а також авторами

© П. Паспвка, О.Г. Хандожко, 2012