Фотоэлектрические свойства тонких пленок ZnO на основе кремния

Произведен синтез металлооксидной пленки ZnO на поверхности кремния марки КДБ-20. Определено, что кристаллографическое направление использованного кремния имеет ориентацию (100). Методом спрей-пиролиза золь-гель технологии определены оптимальные условия получения тонких пленок ZnO. Установлено, что металлооксидные пленки ZnO имеют гексагональную сингонию и вюрцитную кристаллическую структуру с параметрами: а = 0,4989 нм и c = 0,8342 нм, с размерами нанокристаллитов 67 нм. Исследование вольтамперных характеристик (ВАХ) гетероструктур n-ZnO/p-Si при освещенности Е = 0 Лк и Е = 1000 Лк и определены, что

прямая ветвь ВАХ имеет интервал экспоненциальный зависимости тока от напряжения V ≈V₀ e^Jad . Изучено влияние концентрации глубоких примесей на экспоненциальной участок вольт-амперной характеристики. Полученные результаты трактованы в рамках теории эффекта инжекционного обеднения носителей p-n перехода. Фотолюминесцентный спектр гетероперехода n-ZnO/p-Si имеет максимум при λ_max = 377 нм и охватывает широкую полосу в оптическом диапазоне. Это дает возможность определения наиболее оптимального режима выращивания упорядоченной структуры пленки ZnO на поверхности кремния, что обеспечивает выращивания практически без дефектной структуры. Экспериментально синтезированные гетероструктуры можно использовать в солнечной энергетике и оптоэлектронике в качестве фотоприемников. Указаны новые возможности применения металлооксидной пленки n-ZnO в фотоэлектрических преобразователях. Технология получения пленки является экологически чистой, доступной и экономически рентабельной, а также представляется перспективной для применения ее в детектировании видимого и ультрафиолетового света.

1. . Мейтин М. Фотовальтаика: материалы, технологии, перспективы // Электроника: наука, технология, бизнес, 2000, № 6, 40-46 с.

2. . Arvind Shah. Thin-film silicon solar cells // EPFL Press, 2010, 430 p.

3. . S. Zainabidinov, S. I. Rembeza, E. S. Rembeza and Sh. Kh. Yulchiev. Prospects for the Use of Metal-Oxide Semiconductors in Energy Converters // Applied Solar Energy, vol. 55, no. 1, pp. 5-7, 2019.

4. . Кушнир В. В. Оптимизация конструкции пленочного солнечного элемента // Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск. – 2011, № 4(117), с. 225-228.

5. . L. Luo, Y. Zhang, S. S. Mao, L. Lin. ZnO nanowires, based UV photodiodes, in: Proceedings of 18th IEEE MEMS Conference, Miami, 2005, pp. 427-430.

6. . R. I Badran [et al]. Fabrication of Heterojunction Diode Based on n-ZnO Nanowires/p-Si Substrate: Temperature Dependent Transport Characteristics // Journal Nanosci Nanotechnol. – 2017 Jan; 17(1):581-87.

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. . 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, 10 p.

9. . 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), pp. 3963-3970.

10. . 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), pp. 385705.

11. . 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), pp. 137-140.

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), pp. 022139.

13. . В. Е. Полковников, Д. С. Пермяков, М. А. Белых, Ш. Х. Йулчиев, С. И. Рембеза. Использование пиролитических металлооксидных пленок для изготовления фотоэлектрических преобразователей энергии // Вестник Воронежского государственного технического университета. – Воронеж. – 2019. – Т. 15. – № 5, с. 72-77

14. . Зайнабидинов С. З., Йулчиев Ш. Х., Бобоев А. Й. Структурные и фотоэлектрические свойства тонкопленочного гетероперехода n-ZnO/p-Si, полученного золь-гель методом // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2020. – № 25-27, с. 347-349.

15. . Абдуев А. Х., Ахмедов А. К., Асваров А. Ш., Муслимов А. Э., Каневский В. М. Влияние условий зарождения на структуру слоев оксида цинка // Кристаллография. – 2020. – T. 65. – № 3, с. 489-490.

16. . Викулин И. М., Стафеев В. И. Физика полупроводниковых приборов. – М.: Радио и связь, 1990, с. 264.

17. . Волковский Ю. А., Жернова В. А., Фоломешкин М. С., Просеков П. А. и др. Сравнительная рентгеновская дифрактометрия дефектной структуры эпитаксиальных пленок ZnO, выращенных методом магнетронного осаждения на подложках Al2O3 ориентации (0001) в неоднородном электрическом поле // Кристаллография. – 2023. – T. 68, № 2, с. 180-188.

18. . Саидов А. С., Лейдерман А. Ю., Усмонов Ш. Н., Амонов К. А. Эффект инжекционного обеднения в p-Si−n-(Si2)1−x(ZnSe)x (0 ≤ x ≤ 0.01) гетероструктуре // Физика и техника полупроводников. – 2018, том 52, вып. 9, с. 1066-1070.

19. . Никитин С. Е., Николаев Ю. А., Полушина И. К., Рудь В. Ю., Теруков Е. И. Фотоэлектрические явления в гетероструктурах ZnO:Al-p-Si // Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 11.

20. . Зайнабидинов С. З., Бобоев А. Й., Лейдерман А. Ю. Исследование механизма переноса тока в n-GaAs-р-(GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y гетероструктуры // Узбекский физический журнал. – Ташкент, 2019. – № 1, c. 14-21.

21. . Адирович Э. И., Карагеоргий-Алкалаев П. М., Лейдерман А. Ю. Токи двойной инжекции в полупроводниках. – М., Советское радио, 1978.

22. . Зеббар A. Н., Хейреддин A. Y., Мокеддем A. K., Хафдалла B. A., Кечуане M., Аида M. С. «Структурные, оптические и электрические свойства гетероперехода n-ZnO/p-Si, подготовленного ультразвуковым распылением» // Научные материалы в полупроводниковой обработке. – Том 14. – 2011. – Выпуски 3-4. – С. 229-234.

23. . Зайнабидинов С. З., Далиев Х. С., Йулчиев Ш. Х., Бобоев А. Й., Юнусалиев Н. Ю. Структурные особенности металлооксидных пленок ZnO на основе кремния. Доклады Академии Наук Республики Узбекистан. – Ташкент, 2020, № 3, c. 21-24.

24. . Шаренкова Н. В., Каминский В. В., Петров С. Н. Размеры областей когерентного рассеяния рентгеновского излучения в тонких пленках SmS и их визуализация // Журнал технической физики. – 2011. – Т. 81, № 9, с. 144-146.

25. . Ахмедов А. К., Абдуев А. Х., Асваров А. Ш., Муслимов А. Э., Каневский В. М. Нанокристаллические пленки на основе оксида цинка, полученные в едином вакуумном цикле // Российские нанотехнологии. – 2020. – T. 15, № 6, с. 775-780.

26. . Алексанян А. Ю. Получение диодных гетероструктур p-Si/n-ZnO и исследование их вольт-амперных характеристик // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2013, № 6, c. 23-27.

27. . Тарасов А. П. Люминесценция микроструктур оксида цинка и влияние на нее поверхностного плазменного резонанса и магнитного поля. Дисс. канд.физ.-мат.наук. – Москва: МФТИ, 2019, 125 с.