Фотоелектрические свойства диодов на основе монокристаллического теллурида кадмия с модифицированной поверхностью
Исследованы спектральные и интегральные характеристики фотодиодов на основе монокристаллических подложек теллурида кадмия, прошедших обработку в водной суспензии щелочных металлов. Spectral and integral characteristics of monocrystall CdTe – based with surface processed in alcalic metalls aqua suspe...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології |
|---|---|
| Datum: | 2008 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2008
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32201 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Фотоелектрические свойства диодов на основе монокристаллического теллурида кадмия с модифицированной поверхностью / Т.Ю. Александрюк, Ю.Н. Бойко, В.П. Махний, Н.В. Скрипник // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. — 2008. — № 2 (16). — С. 182-185. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860269624202887168 |
|---|---|
| author | Александрюк, Т.Ю. Бойко, Ю.Н. Махний, В.П. Скрипник, Н.В. |
| author_facet | Александрюк, Т.Ю. Бойко, Ю.Н. Махний, В.П. Скрипник, Н.В. |
| citation_txt | Фотоелектрические свойства диодов на основе монокристаллического теллурида кадмия с модифицированной поверхностью / Т.Ю. Александрюк, Ю.Н. Бойко, В.П. Махний, Н.В. Скрипник // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. — 2008. — № 2 (16). — С. 182-185. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології |
| description | Исследованы спектральные и интегральные характеристики фотодиодов на основе монокристаллических подложек теллурида кадмия, прошедших обработку в водной суспензии щелочных металлов.
Spectral and integral characteristics of monocrystall CdTe – based with surface processed in alcalic metalls aqua suspense photodiodes are investigated.
|
| first_indexed | 2025-12-07T19:05:15Z |
| format | Article |
| fulltext |
5
УДК 621.382.2
Т.Ю. АЛЕКСАНДРЮК, Ю.Н. БОЙКО, В.П. МАХНИЙ, Н.В. СКРИПНИК
ФОТОЕЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИОДОВ НА ОСНОВЕ
МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ТЕЛЛУРИДА КАДМИЯ С
МОДИФИЦИРОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ
Черновицкий национальный университет имени Юрия Федьковича,
ул. Коцюбинского 2, 58012, Черновцы,Украина,
E-mail: Skrup@meta.ua
Аннотация. Исследованы спектральные и интегральные характеристики
фотодиодов на основе монокристаличесских подложек теллурида кадмия,
прошедших обработку в водной суспензии щелочных металлов.
Ключевые слова: фотодетектор, ток кoрoткого замыкания, поверхностно-барьерный диод.
Анотація. Досліджені спектральні і інтегральні характеристики фотодіодів на основі монокристалічних
підкладок телуриду кадмію, пройшовших обробку у водній суспензії лужних металів.
Ключові слова: фотодетектор, струм короткого замикання, поверхнево-бар’єрний діод.
Abstract. Spectral and integral characteristics of monocrystall CdTe – based with surface processed in alcalic metalls
aqua suspense photodiodes are investigated.
Кeywords: photodetector, short circuit current, surface-barrier diod.
ВСТУП
Поверхностно – барьерные диоды (ПБД) на основе монокристаллического
теллурида кадмия могут использоваться в качестве эффективных
детекторов различного рода излучений, в том числе и солнечного [1,2].
Обратим внимание на то, что их основные фотоэлектрические параметры
определяются не только материалом и методом нанесения выпрямляющего
контакта, но и способом обработки базовой подложки. Весьма много
обещающей в этом плане оказалась технология, которая включает
предварительную обработку (модификацию поверхности)
монокристаллических пластин CdTen − в водной суспензии солей щелочных
металлов [3]. Эта операция приводит к значительному увеличению высоты
потенциального барьера
0
ϕ и напряжения холостого хода ocV по
сравнению с ПБД у которых поверхность немодифицирована. В данной
работе анализируются основные фотоэлектрические свойства ПБД с
модифицированной поверхностью с целью определения механизмов
формирования параметров и характеристик фотодиодов, а также
возможных путей их улучшения.
Технология изготовления объектов исследований детально описана в работе
[3]. Интегральные характеристики измерялись на постоянном токе с
Т.Ю. АЛЕКСАНДРЮК, Ю. Н.БОЙКО, В.П. МАХНИЙ,
Н.В.СКРИПНИК, 2008
ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО-
ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
6
использованием общепринятых методик, а освещение проводилось со
стороны полупрозрачного золотого контакта ксеноновой лампой
мощностью 100 Вт. Регулирование уровня освещенности L осуществлялось
путем изменения расстояния между источником излучения и исследуемым
образцом, а также использованием набора калиброванных нейтральных
светофильтров. Таким образом обеспечивался неизменный спектральный
состав облучения в широком (4-5 порядков) диапазоне изменения мощности
светового потока. Для нахождения спектрального распределения
фоточуствительности ωS использовался монохроматор типа ДМР – 4, а
эталонным приемником служил Si – фотодиод. В связи с тем, что
исследуемые диоды представляют практический интерес при высоких
температурах эксплуатации, измерения проводились в диапазоне 300-400К.
Исследования показали, что спектр фоточуствительности ωS в области
комнатных температур охватывает диапазон энергий 1,5÷5,0 эВ, рис.1.
Нижняя граница обусловлена резким уменьшением поглощения при энергиях
фотонов ωh меньше ширины запрещенной зоны
g
E теллурида кадмия, что
характерно для прямозонных полупроводников. Главная причина уменьшения
чувствительности в области больших энергий – поверхностная рекомбинация,
роль которых возрастает по мере увеличения ωh .
Sω,о.е.
1 ћω, эВ
300 К
1,0
0,5
0
2 3 4
Рис. 1. Спектр фоточуствительности ПБД при 300К
Известно, что вольтамперная характеристика (ВАХ) освещенного диода
можеть быть описана выражением [1, 2]
p
InkTeVII −−= ]1)/[exp(
0
, (1)
где
p
I - фототок, 0I - темновой ток отсечки при напряжении 0=V , n -
коэффициент идеальности, который определяется механизмом
прохождения тока. Следовательно, анализ интегральных световых
характеристик может дать ответ о возможных механизмах их
формирования. Для этого преобразуем выражение (1) в несколько иной,
переходя к напряжению холостого хода
oc
V (при 0=I ) и тока короткого
ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО-
ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
7
замыкания scI (положив 0=V ). Учитывая эти допущения получим из (1)
при nkTeV 3≥ , что
)/exp(0 nkTeVII
ocscsc
≈ . (2)
Тут под 0
scI следует понимать световой ток отсечки при 0=
oc
V , который
может совпадать с 0I только в случае одинаковых механизмов
формирования светового и темнового токов. Таким образом, исследования
световых интегральных характеристик позволяют не только установить
механизмы их формирования, но и обнаружить общие и отличные черты
между электрическими и энергетическими свойствами.
Isc, А
Voc, В
10
-4
0 0.4
10
-6
10-8
0.2
12
Рис. 2. Зависимости )( ocsc VI при различных температурах: 1 – 300К, 2 – 400К
Анализ световых ВАХ диодов показывает, что они в координатах
ocsc
VI −ln
представляет собой прямые, наклон которых изменяется с температурой,
рис. 2. При этом величина коэффициента идеальности 2=n и не зависит от
Т в исследуемом диапазоне. Отметим, что такие зависимости характерны
для рекомбинации носителей в области пространственного заряда (ОПЗ)
через единичные локальные центры [4]. Согласно этой модели параметр
o
sc
I ∼ )2/exp( kTE
g
− , что позволяет определить ширину запрещенной зоны
материала, в котором проходит рекомбинация. Экспериментальная
зависимость )(TI o
sc
апроксимуется прямой в координатах в координатах
TI o
sc
/10ln 3− , а ее энергетический наклон равен ∼ 1,6 эВ и согласуется с
g
E
теллурида кадмия при 0К. Таким образом, полученные результаты
указывают на доминирующую роль генерационно-рекомбинационных
процессов в формировании световых ВАХ исследуемых ПБД. Однако
спектральный диапазон фоточувствительности (рис. 1) свидетельствует о
преимущественной межзонной генерации фотоносителей, что не
согласуется со сделанным выводом о генерационно-рекомбинационном
характере фототока.
Противоречия можно снять, если учесть следующие обстоятельства. В
стационарных условиях скорость генерации G должна равняться скорости
ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО-
ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
8
рекомбинации хотя, в принципе, они могут быть обусловлены разными
механизмами и, как следствие этого, описывается различными
аналитическими выражениями. Обратим внимание на то что, измерения
зависимостей )(
ocsc
VI проводиться в режиме компенсации фототока
темновым током при прямом смещении. В связи с этим мы фактически
следим за рекомбинацией фотоносителей, которая может описываться
выражением, подобным для темнового тока. Данные предыдущей работы
[5] свидетельствуют о том, что темновой ток объектов исследований при
низких прямых смещениях контролируется именно процессами
рекомбинации в области пространственного заряда через единичные
центры. Поскольку в ПБД генерация фотоносителей происходит в ОПЗ в
результате фундаментального поглощения (межзонные переходы), то их
рекомбинация также будет происходить в этой же области, но уже с
участием локальных центров, которая является более вероятной чем
межзонная.
Isc, А
L, о.е.
10
-4
0
0,4
10
-6
10
-8
100 10-2 10-4
0,8
Voc, В
2
1
Рис. 3. Зависимости тока короткого замыкания (1) и напряжения холостого хода (2) при 300К
Исследования показали, что ток короткого замыкания линейно зависит от
уровня освещенности. Это является следствием линейного характера
генерации фотоносителей, в связи с чем
,LI
sc
⋅= β (3)
где β - коэффициент, который не зависит от L . Как видно из рис. 3
зависимость (3) хорошо выполняется для исследуемых ПБД при
изменении уровня освещенности на несколько порядков. Используя
формулы (2) и (3) легко получить выражение
),ln( L
I
nkTV
o
sc
oc
β
= (4)
ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО-
ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
9
которые неплохо описывает экспериментальную зависимость )(LV
oc
в
области низких уровней освещенности. Тенденция же функции )(LV
oc
к
насыщению при больших L обусловлена компенсацией потенциального
барьера ПБД.Увеличение температуры измерений вызывает
незначительное увеличение тока короткого замыкания и уменьшение
напряжения холостого хода. Первое обусловлено уменьшением
последовательного сопротивления диода, причины которого обсуждаются
в работе[5]. Наблюдаемый же противоположный ход зависимости )(TV
oc
связан с различным вкладом в нее множителей nkT и o
sc
I . Роль первого из
них в нашем случае оказывается более слабым по сравнению с
экспоненциальной зависимостью o
sc
I ~ )2/exp( kTE
g
− , в связи с большой
величиной
g
E =1,5 эВ [1].
В заключение отметим, что при комнатных температурах в условиях
солнечного освещения АМ2 типичные значения
oc
V и
sc
I составляют 0,7 и
10 мА/см2
соответственно. При этом к.п.д. достигает 10%, что несколько
ниже эффективности широко используемых Si-фотоэлементов [1]. Вместе
с тeм, температурный коэффициент изменения к.п.д фотоэлементов на
основе CdTe почти в четыре раза меньше чем для кремниевых [6]. Этот
фактор, а также более высокая температурная и радиационная стойкость
теллурида кадмия [7] являются основанием для использования
исследуемых ПБД в качестве фотопреобразователей в условиях
повышенных температур и потоков ионизирующих излучений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Р. Бьюб, А. Фаренбрух. Солнечные элементы: теория и эксперимент. – М.: Энергоатомиздат,
1987, 280с.
2. В.И. Стриха, С.С. Кильчицкая. Солнечные элементы на основе контакта металл-полупроводник. –
Санкт – Петербург,: Энергоатомиздат, 1992,136 с.
3. В.П. Махній, М.В. Скрипник. ’’Спосіб виготовлення контакту метал – nCdTe’’// Патент на
корисну модель UA №31891 пр. від 25 квітня 2008р.
4. Л.А. Косяченко, В.П. Махний, И.В. Потыкевич. Генерация – рекомбинация в области
пространственного заряда металл – CdTe// УФЖ, 1978. Т. 23, №2. С. 279 – 286.
5. V.P. Makhniy, V.V. Mel'nyk, N.V. Skrypnyk, V.V. Gorley. Electrical Properties of Surface-Barrier
Diodes on the Base of CdTe Crystals with Modified Surface // Telecom. and Radio Engineering, 2007,
66(19),1769-1774.
6. В.П. Махній, В.Є. Баранюк, Я.М. Барасюк. Електричні та фотоелектричні властивості
гетеропереходів сульфід-телурид кадмію // УФЖ, 1996, Т. 41, №4, С.453-457.
7. Корбутяк Д.В., Мельничук С.В., Корбут Є.В., Борисюк М.М. Телурид кадмію: домішково-
дефектні стани та детекторні властивості. Київ: Іван Федоров.-2000.-198 с.
Надійшла до редакції 05.10.2008р.
МАХНІЙ В.П. - д.ф.-м.н., професор, завідувач кафедри оптоелектроніки, Чернівецький
національний університет, Чернівці, Україна.
ПРИНЦИПОВІ КОНЦЕПЦІЇ ТА СТРУКТУРУВАННЯ РІЗНИХ РІВНІВ ОСВІТИ З ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ІНФОРМАЦІЙНО-
ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
10
СКРИПНИК М.В.- аспірант кафедри оптоелектроніки, Чернівецький національний
університет, Чернівці, Україна.
БОЙКО Ю.М. - к.т.н.,доцент кафедри радіотехніки і зв'язку, Хмельницький національний
університет, Хмельницький, Україна.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-32201 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1681-7893 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T19:05:15Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Александрюк, Т.Ю. Бойко, Ю.Н. Махний, В.П. Скрипник, Н.В. 2012-04-13T23:30:08Z 2012-04-13T23:30:08Z 2008 Фотоелектрические свойства диодов на основе монокристаллического теллурида кадмия с модифицированной поверхностью / Т.Ю. Александрюк, Ю.Н. Бойко, В.П. Махний, Н.В. Скрипник // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. — 2008. — № 2 (16). — С. 182-185. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1681-7893 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32201 621.382.2 Исследованы спектральные и интегральные характеристики фотодиодов на основе монокристаллических подложек теллурида кадмия, прошедших обработку в водной суспензии щелочных металлов. Spectral and integral characteristics of monocrystall CdTe – based with surface processed in alcalic metalls aqua suspense photodiodes are investigated. ru Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології Оптичні та оптико-електронні сенсори і перетворювачі в системах керування та екологічного моніторингу Фотоелектрические свойства диодов на основе монокристаллического теллурида кадмия с модифицированной поверхностью Article published earlier |
| spellingShingle | Фотоелектрические свойства диодов на основе монокристаллического теллурида кадмия с модифицированной поверхностью Александрюк, Т.Ю. Бойко, Ю.Н. Махний, В.П. Скрипник, Н.В. Оптичні та оптико-електронні сенсори і перетворювачі в системах керування та екологічного моніторингу |
| title | Фотоелектрические свойства диодов на основе монокристаллического теллурида кадмия с модифицированной поверхностью |
| title_full | Фотоелектрические свойства диодов на основе монокристаллического теллурида кадмия с модифицированной поверхностью |
| title_fullStr | Фотоелектрические свойства диодов на основе монокристаллического теллурида кадмия с модифицированной поверхностью |
| title_full_unstemmed | Фотоелектрические свойства диодов на основе монокристаллического теллурида кадмия с модифицированной поверхностью |
| title_short | Фотоелектрические свойства диодов на основе монокристаллического теллурида кадмия с модифицированной поверхностью |
| title_sort | фотоелектрические свойства диодов на основе монокристаллического теллурида кадмия с модифицированной поверхностью |
| topic | Оптичні та оптико-електронні сенсори і перетворювачі в системах керування та екологічного моніторингу |
| topic_facet | Оптичні та оптико-електронні сенсори і перетворювачі в системах керування та екологічного моніторингу |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32201 |
| work_keys_str_mv | AT aleksandrûktû fotoelektričeskiesvoistvadiodovnaosnovemonokristalličeskogotelluridakadmiâsmodificirovannoipoverhnostʹû AT boikoûn fotoelektričeskiesvoistvadiodovnaosnovemonokristalličeskogotelluridakadmiâsmodificirovannoipoverhnostʹû AT mahniivp fotoelektričeskiesvoistvadiodovnaosnovemonokristalličeskogotelluridakadmiâsmodificirovannoipoverhnostʹû AT skripniknv fotoelektričeskiesvoistvadiodovnaosnovemonokristalličeskogotelluridakadmiâsmodificirovannoipoverhnostʹû |