Влияние размеров поверхностной наноструктуры на фотопроводимость аморфных пленок селена
В работе приведены исследования фотопроводимости в спектральном интервале 0,35—1,5 мкм тонких (∼ 0,2 мкм) пленок Se, As₂S₃, As₂Se₃, Sb₂S₃ с островковым слоем ртути. На основе проведенных измерений кинетики фотопроводимости и ее температурной зависимости были определены параметры потенциальной фу...
Saved in:
| Published in: | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76344 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние размеров поверхностной наноструктуры на фотопроводимость аморфных пленок селена / П.О. Кочкин, В.В. Клименко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2009. — Т. 7, № 1. — С. 157-162. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859938061025017856 |
|---|---|
| author | Кочкин, П.О. Клименко, В.В. |
| author_facet | Кочкин, П.О. Клименко, В.В. |
| citation_txt | Влияние размеров поверхностной наноструктуры на фотопроводимость аморфных пленок селена / П.О. Кочкин, В.В. Клименко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2009. — Т. 7, № 1. — С. 157-162. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| description | В работе приведены исследования фотопроводимости в спектральном
интервале 0,35—1,5 мкм тонких (∼ 0,2 мкм) пленок Se, As₂S₃, As₂Se₃, Sb₂S₃ с островковым слоем ртути. На основе проведенных измерений
кинетики фотопроводимости и ее температурной зависимости были определены параметры потенциальной функции островков ртути – высота барьера, энергия связи и ширина потенциальной ямы. Получено
удовлетворительное согласие между шириной ямы и средним размером
наноструктуры.
В роботі наведено дослідження фотопровідности в спектральному інтер-
валі 0,35—1,5 мкм тонких (∼ 0,2 мкм) плівок Se, As₂S₃, As₂Se₃, Sb₂S₃ з
острівцевим шаром живосрібла. На основі виконаних мірянь кінетики
фотопровідности та її температурної залежности визначено параметри
потенціяльної функції острівців живосрібла: висота бар’єра, енергія
зв’язку та ширина потенціяльної ями. Одержано задовільну згоду між
шириною ями та середнім розміром наноструктури.
Results of photoconductivity investigation of Se, As₂S₃, As₂Se₃, Sb₂S₃ thin
films deposited on island-like Hg layer within the 0.35—1.5 micron waveband
are presented. On the basis of photoconductivity kinetics and its
temperature dependence measurements, potential-function parameters,
such as barrier height, binding energy, and potential well width, of Hg
islands are determined. Satisfactory correlation between well width and
average size of nanostructure is obtained.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:10:29Z |
| format | Article |
| fulltext |
157
PACS numbers: 42.70.Qs, 72.40.+w, 72.80.-r, 73.50.Pz, 73.61.-r, 79.60.Jv, 85.35.Be
Влияние размеров поверхностной наноструктуры
на фотопроводимость аморфных пленок селена
П. О. Кочкин, В. В. Клименко
Днепропетровский национальный университет,
ул. Научная, 9,
49000 Днепропетровск, Украина
В работе приведены исследования фотопроводимости в спектральном
интервале 0,35—1,5 мкм тонких (∼ 0,2 мкм) пленок Se, As2S3, As2Se3,
Sb2S3 с островковым слоем ртути. На основе проведенных измерений
кинетики фотопроводимости и ее температурной зависимости были оп-
ределены параметры потенциальной функции островков ртути – высо-
та барьера, энергия связи и ширина потенциальной ямы. Получено
удовлетворительное согласие между шириной ямы и средним размером
наноструктуры.
В роботі наведено дослідження фотопровідности в спектральному інтер-
валі 0,35—1,5 мкм тонких (∼ 0,2 мкм) плівок Se, As2S3, As2Se3, Sb2S3 з
острівцевим шаром живосрібла. На основі виконаних мірянь кінетики
фотопровідности та її температурної залежности визначено параметри
потенціяльної функції острівців живосрібла: висота бар’єра, енергія
зв’язку та ширина потенціяльної ями. Одержано задовільну згоду між
шириною ями та середнім розміром наноструктури.
Results of photoconductivity investigation of Se, As2S3, As2Se3, Sb2S3 thin
films deposited on island-like Hg layer within the 0.35—1.5 micron wave-
band are presented. On the basis of photoconductivity kinetics and its
temperature dependence measurements, potential-function parameters,
such as barrier height, binding energy, and potential well width, of Hg
islands are determined. Satisfactory correlation between well width and
average size of nanostructure is obtained.
Ключевые слова: фотопроводимость в спектральном интервале 0,35—1,5
мкм, тонкие пленки Se, As2S3, As2Se3, Sb2S3.
(Получено 23 ноября 2007 г.)
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies
2009, т. 7, № 1, сс. 157—162
© 2009 ІМФ (Інститут металофізики
ім. Г. В. Курдюмова НАН України)
Надруковано в Україні.
Фотокопіювання дозволено
тільки відповідно до ліцензії
158 П. О. КОЧКИН, В. В. КЛИМЕНКО
1. ВВЕДЕНИЕ
Аморфные пленки селена, активированные ртутью, обладают уни-
кальными фотоэлектрическими свойствами (аномальной фотопро-
водимостью) – спектральной памятью неравновесных значений
проводимости, концентрации и подвижности носителей заряда,
термоэдс, контактной разности потенциалов [1]. Объяснение этих
свойств было дано М. И. Корсунским на основе выдвинутой им в
1963 году гипотезы о существовании в исследованных пленках осо-
бого класса примесных центров – долгих ловушек (удерживающих
центров). Такие центры представляют собой макроскопические об-
разования, состоящие из сотен тысяч атомов, а с энергетической
точки зрения – потенциальную яму, окруженную кулоновским
барьером. Характер фотопроводимости (аномальная, остаточная
положительная или отрицательная) определяется параметрами по-
тенциальной функции этих центров [2]. Исследование свойств по-
верхностной фотопроводимости полупроводников с островковым
металлическим слоем может позволить определить основные пара-
метры потенциальной функции макроскопических центров захвата
носителей заряда.
2. ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ
Измерения спектральных характеристик и кинетики фотопрово-
димости были выполнены на пленках Hg—Se, Hg—As2S3, Hg—As2Se3,
Hg—Sb2S3. На стеклянную подложку сначала наносился островко-
вый слой ртути. Энергия активации электропроводности в пленках
островкового типа определяется размером островков и расстоянием
между ними [3]. В нашем случае эта энергия была в пределах от
0,03 эВ до 0,12 эВ, что отвечало изменению размера островков от
140 Å до 35 Å. На островковый слой ртути методом термического
испарения в вакууме наносилась пленка полупроводника толщи-
ною 0.2 мкм. Контактные площадки получались напылением Pd.
Фотопроводимость в исследованных системах имеет сложный
характер: наряду с аномальной компонентой фотопроводимости на-
блюдается нормальная (зависящая от интенсивности света) компо-
нента, которая характеризуется медленными релаксациями после
прекращения фотовозбуждения. Количественное соотношение ме-
жду этими компонентами фотопроводимости изменяется с измене-
нием размеров островковой пленки ртути.
На рисунке 1 приведены спектральные характеристики темново-
го стационарного значения проводимости, устанавливающегося по-
сле прекращения освещения для исследованных структур, которые
имели одинаковый островковый слой ртути (полученный в одном
технологическом цикле). Спектральные распределения похожи по
ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРОВ НАНОСТРУКТУРЫ НА ФОТОПРОВОДИМОСТЬ ПЛЕНОК Se 159
характеру – проводимость растет с длиной волны, достигая мак-
симума в ближней ИК области спектра (вне области собственного
поглощения), но цветовая чувствительность (отношение темновых
проводимостей после освещения красным и синим светом) для раз-
ных структур разная. Изменение среднего размера островковой
структуры не влияет на характер спектральных распределений
аномальной фотопроводимости, но изменяет величину цветовой
чувствительности. Измерения кинетики фотопроводимости позво-
лили определить спектральную зависимость времени релаксации
(τa) аномальной фотопроводимости.
На рисунке 2 изображены эти зависимости, которые получены в
одинаковых условиях для исследованных структур (поскольку
τa ∼ L
−1, зависимости приведены к одинаковому числу квантов па-
дающего света). Измерения, проведенные для разных толщин ост-
ровкового слоя ртути, показали, что величина времени релаксации
аномальной фотопроводимости растет с увеличением толщины
(размером островковой структуры). На рисунке 3 изображены зави-
симости времени релаксации (τа) от энергии активации проводимо-
сти островкового слоя ртути (ΔE) (для энергии фотонов ε = 2,5 эВ) в
полулогарифмическом масштабе. Время релаксации во всех иссле-
дованных структурах уменьшается с ростом ΔE. Если считать, что
механизм переноса заряда в пленке обусловлен процессами тунне-
лирования, то энергия активации проводимости обратно пропор-
циональна среднему размеру островковой структуры (ΔE ∼ 1/R) [3].
Похожие результаты получены и для других значений энергии фо-
тонов.
Исследования кинетики затяжных релаксаций после прекраще-
ния освещения (остаточная фотопроводимость) показали, что время
восстановления темнового значения проводимости также уменьша-
ется с ростом ΔE.
400 600 800 1000
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1
2
3
4
σ,
î
òí
.
åä
.
λ, íì
Рис. 1. Спектральные характеристики фотопроводимости для структур:
Hg—Se (1); Hg—As2S3 (2); Hg—As2Se3 (3); Hg—Sb2S3 (4).
160 П. О. КОЧКИН, В. В. КЛИМЕНКО
Если предположение о том, что островковый слой ртути выступает в
роли макроскопических центров захвата и удержания неравновесных
носителей справедливо, то с энергетической точки зрения такой мак-
роскопический центр представляет собой потенциальную яму радиуса
R, с коллективным кулоновским барьером высотой U и энергией ос-
новного состояния носителя в центре μ = U − Eсв (Eсв – энергия связи).
В этом случае время релаксации аномальной фотопроводимости
(τа)−1 ∼ αΔtD(ε)ν(Ei),
где ν(Ei) = v/2R – частота колебаний электрона в потенциальной
яме на уровне Eі, α – микроскопический коэффициент поглощения
фотона центром захвата, обратно пропорциональный ε3
(ε – энер-
гия фотона); μ – энергия основного состояния; Δt – время жизни
носителя в возбужденном состоянии, обратно пропорциональное ε,
v – скорость носителя, пропорциональная (U0 — μ — ε)0,5. Следова-
тельно,
(τа)−1
∼ (U0 − μ − ε)0,5D(ε)/Rε4,
а проницаемость D(E) определяется выражением
0 0 0 0
0
2 2
( ) exp arctg
mU U U E U E
D E R
E E U
⎧ ⎫⎡ ⎤− −⎪ ⎪= − −⎢ ⎥⎨ ⎬
⎢ ⎥⎪ ⎪⎣ ⎦⎩ ⎭h
.
Поэтому τа ∼ Rexp(aR) (а – константа, которая связана с высотой
барьера корневой зависимостью).
В рамках этой модели время релаксации (τт) темновой проводи-
2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
1
2
3
4
lg
τ a
,
c
ε, ýÂ
Рис. 2. Спектральные зависимости времени релаксации фотопроводимо-
сти для структур: Hg—Se (1); Hg—As2Se3 (2); Hg—As2S3 (3) и Hg—Sb2S3 (4).
ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРОВ НАНОСТРУКТУРЫ НА ФОТОПРОВОДИМОСТЬ ПЛЕНОК Se 161
мости обратно пропорционально вероятности спонтанного выхода:
—
0
( ) ( ) ( , ) ( )
E
W T W E f E T g E dE
∞
= ∫ ,
где f(E, T) – функция распределения электронов по энергиям в по-
тенциальной яме; g(E) – плотность состояний; W(E) – вероятность
вылета электрона из центра на уровне Ei в единицу времени:
( ) ( ) ( )i i iW E E D E= ν .
Поскольку основной вклад спонтанного выброса приходится на
часть электронов, расположенных значительно выше уровня Ферми,
то при расчете вероятности можно функцию распределения Ферми
заменить функцией Больцмана. Функцию g(Ei) можно взять в виде
функции плотности состояния для свободного электронного газа:
2
3 3
3
32
( ) 2
3i ig E m R E
h
π= .
Тогда вероятность спонтанного выброса равна:
( )
—2 2
0
3
0
32
( ) exp ln .
3
E
i
i i
EmR
W T D E E U dE
kTh
∞ ⎧ ⎫μ −π ⎡ ⎤= + −⎨ ⎬⎢ ⎥⎣ ⎦⎩ ⎭
∫
Следовательно, τт ∼ (1/R2)exp(bR) и для не слишком малых R (R > 1
нм) экспоненциально растет с увеличением R.
0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12
100
101
102
103
104
1
2
3
4
τ
a
, c
ΔE, ýÂ
Рис. 3. Зависимость времени релаксации фотопроводимости от энергии
активации проводимости островкового слоя ртути (номера кривых соот-
ветствуют номерам на рис. 2).
162 П. О. КОЧКИН, В. В. КЛИМЕНКО
3. ВЫВОДЫ
Полученные экспериментальные результаты позволяют определить
ширину потенциальной ямы макроскопического центра (островка
ртути). Значения R, вычисленные из спектральных зависимостей
времени релаксации проводимости на свету (τа) и в темноте (τт), из
активационной зависимости проводимости (ΔE), а также из микро-
скопических измерений для всех исследованных структур хорошо
согласуются.
Результаты, приведенные выше, позволяют сделать вывод о том,
что характер фотопроводимости в исследованных структурах опре-
деляется наличием островкового слоя ртути, который выступает в
роли макроскопических центров захвата носителей заряда.
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. М. И. Корсунский, Аномальная фотопроводимость и спектральная па-
мять в полупроводниковых системах (Москва: Наука: 1979).
2. М. И. Корсунский, В. В. Клименко, ФТТ, 15, № 3: 710 (1973).
3. C. A. Neugebauer and M. B. Webb, J. Appl. Phys., 33: 74 (1962).
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-76344 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1816-5230 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:10:29Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кочкин, П.О. Клименко, В.В. 2015-02-09T19:50:27Z 2015-02-09T19:50:27Z 2009 Влияние размеров поверхностной наноструктуры на фотопроводимость аморфных пленок селена / П.О. Кочкин, В.В. Клименко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2009. — Т. 7, № 1. — С. 157-162. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 42.70.Qs,72.40.+w,72.80.-r,73.50.Pz,73.61.-r,79.60.Jv,85.35.Be https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76344 В работе приведены исследования фотопроводимости в спектральном интервале 0,35—1,5 мкм тонких (∼ 0,2 мкм) пленок Se, As₂S₃, As₂Se₃, Sb₂S₃ с островковым слоем ртути. На основе проведенных измерений кинетики фотопроводимости и ее температурной зависимости были определены параметры потенциальной функции островков ртути – высота барьера, энергия связи и ширина потенциальной ямы. Получено удовлетворительное согласие между шириной ямы и средним размером наноструктуры. В роботі наведено дослідження фотопровідности в спектральному інтер- валі 0,35—1,5 мкм тонких (∼ 0,2 мкм) плівок Se, As₂S₃, As₂Se₃, Sb₂S₃ з острівцевим шаром живосрібла. На основі виконаних мірянь кінетики фотопровідности та її температурної залежности визначено параметри потенціяльної функції острівців живосрібла: висота бар’єра, енергія зв’язку та ширина потенціяльної ями. Одержано задовільну згоду між шириною ями та середнім розміром наноструктури. Results of photoconductivity investigation of Se, As₂S₃, As₂Se₃, Sb₂S₃ thin films deposited on island-like Hg layer within the 0.35—1.5 micron waveband are presented. On the basis of photoconductivity kinetics and its temperature dependence measurements, potential-function parameters, such as barrier height, binding energy, and potential well width, of Hg islands are determined. Satisfactory correlation between well width and average size of nanostructure is obtained. ru Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Влияние размеров поверхностной наноструктуры на фотопроводимость аморфных пленок селена Influence of Size of Surface Nanostructure on Photoconductivity of Amorphous Films of Selenium Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние размеров поверхностной наноструктуры на фотопроводимость аморфных пленок селена Кочкин, П.О. Клименко, В.В. |
| title | Влияние размеров поверхностной наноструктуры на фотопроводимость аморфных пленок селена |
| title_alt | Influence of Size of Surface Nanostructure on Photoconductivity of Amorphous Films of Selenium |
| title_full | Влияние размеров поверхностной наноструктуры на фотопроводимость аморфных пленок селена |
| title_fullStr | Влияние размеров поверхностной наноструктуры на фотопроводимость аморфных пленок селена |
| title_full_unstemmed | Влияние размеров поверхностной наноструктуры на фотопроводимость аморфных пленок селена |
| title_short | Влияние размеров поверхностной наноструктуры на фотопроводимость аморфных пленок селена |
| title_sort | влияние размеров поверхностной наноструктуры на фотопроводимость аморфных пленок селена |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76344 |
| work_keys_str_mv | AT kočkinpo vliânierazmerovpoverhnostnoinanostrukturynafotoprovodimostʹamorfnyhplenokselena AT klimenkovv vliânierazmerovpoverhnostnoinanostrukturynafotoprovodimostʹamorfnyhplenokselena AT kočkinpo influenceofsizeofsurfacenanostructureonphotoconductivityofamorphousfilmsofselenium AT klimenkovv influenceofsizeofsurfacenanostructureonphotoconductivityofamorphousfilmsofselenium |