Структурные и фотоэлектрические свойства тонкопленочного гетероперехода N-ZNO/P-SI, полученного золь-гель методом

Получены тонкие металлооксидные слои ZnO на подложке монокристаллического кремния р - типа проводимости с кристаллографической ориентацией (100), способом спрей-пиролиза и определены оптимальные технологические режимы золь-гель метода для получения металлоксидных пленок с наиболее совершенной кристаллической структурой. Результаты рентгенографических исследований показали, что полученные пленки ZnO на кремнии имеют гексагональную сингонию и вюрцитную структуру с параметрами а = 0.3265 нм и c = 0.5212 нм, с размерами блоков 67 нм. Показано, что на поверхности пленок образуется нанокристаллы ZnO, со средним характерным размером L_ZnO ≈ 84 нм и имеющие дифракционные индексы – (102)_ZnO с d/n = 0,1911 нм при (2□= 147,63°), (110)_ZnO с d/n = 0,1630 нм при (2□= 56,67°) и (103)_ZnO с d/n = 0,1481 нм при (2□= 62,93°) соответственно. Обнаружено, что спектр фотолюминесценции гетероструктуры n - ZnO/p - Si имеет широкую полосу, охватывающий практически весь видимый диапазон излучения с максимумом при λ_max = 377 нм. Это свидетельствует о том, что приведенные условия являются оптимальными для выращивания высококачественного слоя ZnO на Si практически без дефектов в видимой области излучений. Эксплуатационные параметры устройства на основе таких металлооксидов представляются перспективными для высокопроизводительных и недорогих коммерческих применений в детекторах светового излучения в ультрафиолетовой области. Определено, что металлооксидные слои n - ZnO и гетероструктуры на их основе также возможно использовать в устройствах для преобразования механической энергии деформации в электрическую, электрической энергии в световую и в преобразователях солнечной энергии в электрическую. Эти материалы обладают экологически чистотой, доступностью и невысокой ценой. Установлены, что синтез новых металлооксидных материалов, и разработка различных преобразователей энергии на их основе имеют высокую научную и практическую значимость.

1. Jandow, N.N. Comparative study of the properties of ZnO thin films deposited on poly propylene carbonate (PPC) and glass substrates / N.N. Jandow [et al.] // Journal of Materials Science. – 2012. − Vol. 47, − P.1972– 1976.

2. Ludwig Ostlund. 4H- and 6H-SiC UV photodetectors / Ludwig Ostlund [et al] // Physica Status Solidi C, – 2012. – Vol. 9(7), – P. 1680–1682.

3. Soci, C. ZnO Nanowire UV Photodetectors with High Internal Gain / C. Soci [et al] // Nano Letters. – 2007. – Vol. 7(4), – P. 1003-1009.

4. Ali, G.M. ZnO-based interdigitated MSM and MISIM ultraviolet photodetectors / G. M. Ali, and P. Chakrabarti // Journal of Physics D: Applied Physics. – 2010. – Vol. 43(41), –P. 415103.

5. Luo, L. Fabrication and characterization of ZnO nanowires based UV photodiodes / L. Luo [et al]” Sensors and Actuators A. – 2006. – Vol. 127(1), – P. 201-206.

6. Shao, D. Heterojunction photodiode fabricated from hydrogen treated ZnO nanowires grown on p-silicon substrate / D. Shao [et al] // Applied Physics Letters. – 2012. – Vol. 101(21), – P. 211103.

7. Periasamy, C. Large-area and nanoscale n-ZnO/p-Si heterojunction photodetectors / C. Periasamy and P. Chakrabarti // Journal of Vaccum Science and Technology B. – 2011. – Vol. 29(5), pp. 051206.

8. Yakuphanoglu, F. ZnO/p-Si heterojunction photodiode by sol–gel deposition of nanostructure n-ZnO film on p-Si substrate / F. Yakuphanoglu [et al] // Material Science in Semiconductor Processing. – 2010. – Vol. 13(3), – P. 137-140.

9. Sahu, V.K. Studies on the electrical characteristics of n-ZnO/p-Si grown by pulsed laser deposition for UV photo detecting applications / V. K. Sahu [et al] // Physics Express. – 2013. – Vol. 3, – P. 10.

10. Sharma, P. Analysis of ultraviolet photoconductivity in ZnO films prepared by unbalanced magnetron sputtering / P. Sharma [et al] // Journal of Applied Physics. – 2003. – Vol. 93(7), – P. 3963-3970.

11. Chang, Y.M. Enhanced visible photoluminescence from ultrathin ZnO films grown on Si-nanowires by atomic layer deposition / Y.M. Chang [et al] // Nanotechology. – 2010. – Vol. 21(38), – P.385705.

12. Wang, P. Quality improvement of ZnO thin layers overgrown on Si(100) substrates at room temperature by nitridation pretreatment / P. Wang [et al] // AIP Advances. – 2012. – Vol. 2(2), – P. 022139.

13. Юлчиев, Ш.Х. Использование пиролитических металлооксидных пленок для изготовления фотоэлектрических преобразователей энергии / Ш.Х. Юлчиев [и др.]. Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2019. – Т. 15(5). – С. 72-77.

14. Zainabidinov, S.Z. Synthesis, Structure and Electro-Physical Properties n-GaAs-p-(GaAs)1 – x – y(Ge2)x(ZnSe)y Heterostructures / S.Z. Zainabidinov [et al] // Applied Solar Energy. – 2019, – Vol. 55,(5), – Р. 291.

15. Кислород в монокристаллах кремния // В.М. Бабич [и др.]; – Киев, Interpres LTD: – 1997. – 240 С.

16. Шульпина И.Л. Методы рентгеновской дифракионной диагностики сильнолегированных монокристаллов полупроводников / И.Л. Шульпина [и др.] // ЖТФ. – 2010, – Т. 80(4), – С. 105-114.

17. Теория формирования эпитаксиальных наноструктур // В.Г. Дубровский, – Москва: Физматлит, 2009. – С. 486.

18. Алексанян, А.Ю. Получение диодных гетероструктур p-Si/n-ZnO и исследование их вольтамперных характеристик / Алексанян, А.Ю. // Альтернативная энергетика и экология. – 2013. – № 6. – С. 23–27.