Низкотемпературная фотолюминесценция тонких пленок CdTe, CdTe:In с аномальным фотовольтаическим свойством
Обнаружена корреляция между спектром низкотемпературной (T = 4,2 K) фотолюминесценции
 и аномальными фотовольтаическими свойствами косонапыленных поликристаллических
 пленок CdTe, CdTe:In. В спектрах чистых образцов наряду с краевой дублетной полосой доминирует полоса собственной л...
Saved in:
| Published in: | Физическая инженерия поверхности |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
2010
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98917 |
| 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: | Низкотемпературная фотолюминесценция тонких пленок CdTe, CdTe:In с аномальным фотовольтаическим свойством / Б.Ж. Ахмадалиев, М.А. Каримов, Б.З. Полвонов, Н.Х. Юлдашев // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 4. — С. 358–364. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860262691077095424 |
|---|---|
| author | Ахмадалиев, Б.Ж. Каримов, М.А. Полвонов, Б.З. Юлдашев, Н.Х. |
| author_facet | Ахмадалиев, Б.Ж. Каримов, М.А. Полвонов, Б.З. Юлдашев, Н.Х. |
| citation_txt | Низкотемпературная фотолюминесценция тонких пленок CdTe, CdTe:In с аномальным фотовольтаическим свойством / Б.Ж. Ахмадалиев, М.А. Каримов, Б.З. Полвонов, Н.Х. Юлдашев // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 4. — С. 358–364. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физическая инженерия поверхности |
| description | Обнаружена корреляция между спектром низкотемпературной (T = 4,2 K) фотолюминесценции
и аномальными фотовольтаическими свойствами косонапыленных поликристаллических
пленок CdTe, CdTe:In. В спектрах чистых образцов наряду с краевой дублетной полосой доминирует полоса собственной люминесценции, обусловленной наличием потенциальных
барьеров на границах зерен. Легирование примесью In приводит к тушению дублетной полосы,
а дальнейшая термическая обработка – к резкой активации собственной полосы, полуширина
которой связана максимальным значением генерируемого фотонапряжения VАФН ≈ 10³ В/см.
Виявлено кореляцію між спектром низькотемпературної (T = 4,2 K) фотолюмінесценції та
аномальними фотовольтаічними властивостями косонапилених полікристалічних плівок CdTe,
CdTe:Іn. У спектрах чистих зразків поряд із крайовою дублетною смугою домінує смуга власної
люмінесценції, зумовленої наявністю потенційних бар’єрів на границях зерен. Легування домішкою Іn приводить до гасіння дублетної смуги, а подальша термічна обробка – до різкої
активації власної смуги, напівширина якоїзв’язана максимальним значенням генеруємої фотонапруги VАФН ≈ 10³ В/см.
Correlation between spectrum of the low temperature (T = 4,2 K) photoluminescence and anomalous
photovoltages properties of slanting evaporating polikryistallin thin films CdTe, CdTe:Іn is discovered.
In spectrum undoped sample on a number double-acting by band dominated the band to own luminescence,
conditioned presence potential barrier on border of grains an impurity In brings about
stewing double-acting bands, but the most further thermal processing – to cutting the activations of the own band, full width on half maximum which is bound by maximum value photo generated voltage VAFN ≈ 10³ V/sm.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:56:47Z |
| format | Article |
| fulltext |
358
ВВЕДЕНИЕ
Анализ спектров низкотемпературной фото-
люминесценции является одним из наиболее
надежных и информативных оптических ме-
тодов исследования полупроводников и пле-
ночных структур на их основе. К настоящему
времени подробно исследован спектр низко-
температурной люминесценции кристаллов
и предложены методы прогнозирования и
контролированного изменения электрофизи-
ческих свойств полупроводниковых струк-
тур. Так, с помощью изучения динамики из-
менения спектров фотолюминесценции авто-
ры работ [1, 2] предложили метод глубокой
очистки образцов CdTe и получили поликрис-
таллический CdTe стехиометрического сос-
тава, в спектре фотолюминесценции которого
полностью отсутствует примесное излучение
и остается только экситонная часть. Анали-
зом формы краевого излучения при лазерном
возбуждении исследованы электронные спек-
тры твердых растворов CdTe:In [3], CdTe:Fe
[4] и сверхрешеток CdTe/ZnTe [5, 6]. Однако
формирование спектра фотолюминесценции
УДК 621.315.592
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК
CdTe, CdTe:In С АНОМАЛЬНЫМ ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКИМ СВОЙСТВОМ
Б.Ж. Ахмадалиев, М.А. Каримов, Б.З. Полвонов, Н.Х. Юлдашев
Ферганский политехнический институт
Узбекистан
Поступила в редакцию 09.10.2010
Обнаружена корреляция между спектром низкотемпературной (T = 4,2 K) фотолюминесценции
и аномальными фотовольтаическими свойствами косонапыленных поликристаллических
пленок CdTe, CdTe:In. В спектрах чистых образцов наряду с краевой дублетной полосой доми-
нирует полоса собственной люминесценции, обусловленной наличием потенциальных
барьеров на границах зерен. Легирование примесью In приводит к тушению дублетной полосы,
а дальнейшая термическая обработка – к резкой активации собственной полосы, полуширина
которой связана максимальным значением генерируемого фотонапряжения VАФН ≈ 103 В/см.
Ключевые слова: тонкая поликристаллическая пленка, теллурид кадмия, примеси, легиро-
вание, термическая обработка, аномальные фотовольтаические свойства, спектр фотолюми-
несценции, потенциальные барьеры, границы зерен.
Виявлено кореляцію між спектром низькотемпературної (T = 4,2 K) фотолюмінесценції та
аномальними фотовольтаічними властивостями косонапилених полікристалічних плівок CdTe,
CdTe:Іn. У спектрах чистих зразків поряд із крайовою дублетною смугою домінує смуга власної
люмінесценції, зумовленої наявністю потенційних бар’єрів на границях зерен. Легування до-
мішкою Іn приводить до гасіння дублетної смуги, а подальша термічна обробка – до різкої
активації власної смуги, напівширина якої зв’язана максимальним значенням генеруємої фото-
напруги VАФН ≈ 103 В/см.
Ключові слова: тонка полікристалічна плівка, телурид кадмію, домішки, легування, термічна
обробка, аномальні фотовольтаічні властивості, спектр фотолюмінесценції, потенційні бар’єри,
границі зерен.
Correlation between spectrum of the low temperature (T = 4,2 K) photoluminescence and anomalous
photovoltages properties of slanting evaporating polikryistallin thin films CdTe, CdTe:Іn is discovered.
In spectrum undoped sample on a number double-acting by band dominated the band to own lumi-
nescence, conditioned presence potential barrier on border of grains an impurity In brings about
stewing double-acting bands, but the most further thermal processing – to cutting the activations of
the own band, full width on half maximum which is bound by maximum value photo generated vol-
tage VAFN ≈ 103 V/sm.
Keywords: polycrystalline thin films, telluride cadmium, impurity, alloyage, thermal processing,
anomalous photovoltages properties, spectrum of photoluminescence, the potential barrier, the border
of grains.
Б.Ж. Ахмадалиев, М.А. Каримов, Б.З. Полвонов, Н.Х. Юлдашев, 2010
359ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 4, vol. 8, No. 4
тонких (d < 1 µm) полупроводниковых пленок
в зависимости от структурных, точечных и
протяженных дефектов до сих пор практичес-
ки не проанализировалось. Безусловно, пред-
ставляет интерес изучение особенности ано-
мальных фотоэлектрических и фотовольтаи-
ческих свойств тонких поликристаллических
пленок с помощью краевой люминесценции
с целью усовершенствования технологии по-
лучения пленочных образцов с необходи-мы-
ми рабочими параметрами для полупровод-
никовой оптоэлектроники.
В данной работе рассматривается вопрос
о взаимосвязи формы спектра низкотемпе-
ратурной фотолюминесценции с аномаль-
ными фотовольтаическими (АФВ) свойства-
ми косонапыленных пленок CdTe, CdTe:In в
зависимости от структурных несовершенств.
Ранее с участием двух из авторов было сооб-
щено [7], что легирование примесью In и пос-
ледующая термическая обработка существен-
но улучшает фотовольтаические параметры
пленок CdTe-фототок короткого замыкания Iкз
увеличивается на два порядка, а максималь-
ное значение фото-эдс VАФН – на порядок.
Здесь проанализируется спектр собственной
и краевой фотолюминесценции этих пленок
для выяснения механизма обнаруженного
эффекта.
ТЕХНОЛОГИЯ.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Исследуемые нелегированные пленки полу-
чали методом термического испарения в
вакууме с давлением остаточных паров (1 ÷
4)⋅10–2 Па из порошка CdTe марки “для полу-
проводников”. Температура стеклянной под-
ложки Tn варьировалась в интервале 200 ÷
600 K. Наиболее стабильные, воспроизводи-
мые фотоэлектрические параметры и высо-
кие фотовольтаические свойства достига-
лись при Tn = 500 ÷ 550 K, толщинах пленки
d = 0,5 ÷ 0,8 мкм, скорости осаждения (1,2 ÷
1,5) нм/с и под углом напыления 40° ÷ 60°.
Технология получения омических контактов
и методика измерения аномально большого
фотонапряжения (АФН) выбирались так же,
как и в работе [8]. Электронно-микроскопи-
ческие и рентгеноструктурные исследования
показали, что выращенные слои обладают
поликристаллическую текстурированную
структуру преимущественно с кубической
модификацией. Ось текстуры совпадает с
кристаллографическим направлением [111] и
перпендикулярно плоскости подложки. Раз-
меры отдельных кристаллитов составили 0,5
÷ 0,7 мкм. Свежеприготовленные пленки при
комнатной температуре под действием нор-
мально падающего естественного света лам-
пы накаливания с интенсивностью L ≈ 104 лк
генерировали фотонапряжение VАФН ≈ 600 B
и ток короткого замыкания I ≈ 10–10 A. Фото-
вольтаические параметры пленок практичес-
ки не испытывали деградации в течение года.
Процесс легирования тонких косонапы-
ленных слоев CdTe осуществлялся непосред-
ственно во время их выращивания мето-
дом термического испарения в вакууме (3 ÷
5)⋅10–2 Па путем препарирования CdTe и In
из отдельных тиглов. Исходная масса напы-
ляемой примеси составляла 3 ÷ 7 вес% от мас-
сы основного полупроводникового соедине-
ния. Испарение In задерживалась на 2 ÷ 3 мин
и прекращалось на 3 ÷ 5 мин раньше, чем ис-
парения основного материала. Свежеприго-
товленные поликристаллические образцы
CdTe:In с толщиной d ≈ 0,8 ÷ 1,5 мкм и пло-
щадью 5×20 мм2 (скорость конденсации
vк ≈ 1,5 ÷ 2,0 нм/с, угол напыления 30° ÷ 50°)
оказались более низкоомными и относи-
тельно слабо выражались АФВ свойствами
(VАФН = 50 ÷ 100 В). Однако после термичес-
кой обработки (ТО) при температуре 450 ÷
550 К в течение 20 ÷ 25 мин в вакууме или
10 ÷ 15 мин на чистом воздухе, или 3 ÷ 5 мин
на воздухе в присутствии паров соактиватора
CdСl2 сопротивление образцов в 2 – 3 раза
увеличивалось и в то же время при комнатной
температуре они генерировали максимальное
фотонапряжение до значений (2 ÷ 4)⋅103 B,
т.е. почти на порядок больше, чем специаль-
но нелегированные образцы CdTe, а фототок
короткого замыкания увеличивался более чем
на два порядка и достигал до Iкз ≈ 10–8 А.
Электрофизические и АФВ свойства отож-
женных пленок CdTe:In существенно стаби-
лизируются. В случае ТО в вакууме или на
воздухе в парах CdСl2 потребовались пленки
с толщинами 1,2 ÷ 1,5 мкм, а более тонкие
пленки (d < 1,0 мкм) выходили из строя при
Б.Ж. АХМАДАЛИЕВ, М.А. КАРИМОВ, Б.З. ПОЛВОНОВ, Н.Х. ЮЛДАШЕВ
360
такой ТО, что связано с процессами реиспа-
рения и рекристаллизации.
Следует отметить, что метод выращивания
легированных пленок CdTe:In путем предва-
рительного осаждения тонкого слоя In на чис-
тую стеклянную подложку, в отличие от слу-
чая легирования пленок CdTe примесью Ag
аналогичным способом [8], не привел к ожи-
даемым результатам. Это означает, что донор-
ная примесь In и акцепторная примесь Ag при
формировании АФВ свойств во время TO
пленки CdTe ведут себя по-разному. Также за-
метим, что уменьшение температуры Tn под-
ложки приводило к росту VАФH как легиро-
ванных, так и не легированных, пленок при
одинаковых условиях измерений, а увели-
чение толщины пленок – к обратному дейст-
вию. Так, пленки CdTe:In с Tn = 200 K (охлаж-
денные подложки) и d = 0,8 мкм при комнат-
ной температуре максимально генерировали
VАФH ∼ 5⋅103 В со силой тока короткого замы-
кания Iкз ∼ 10–10 А.
Изучение электрофизических свойств
отожженных пленок CdTe:In при комнатной
температуре методами фотохолловских изме-
рений и анализа люкс-амперных характерис-
тик, термостимулированного тока показали
[9], что оптимальные по значению VАФH кон-
центрации In и вакансий кадмия CdV − состав-
ляют 1017 ÷ 1018 см–3. Концентрация и дрей-
фовая подвижность электронов варьируются
при этом в пределах 1012 ÷ 1013 см–3 и 50 ÷
250 см2/В⋅с, т.е. отожженная пленка CdTe:In
представляет собою сильно неоднородную
структуру из сильнокомпенсированного
полупроводника.
Анализом спектральной зависимости фо-
тотока короткого замыкания Iкз(•ω) методом
Луковского выявлены следующие глубокие
локальные центры: Е1 = Еv + (0,06 ± 0,02) эВ,
Е2 = Еv + (0,18 ± 0,02) эВ, Е3 = Еv + (0,47 ±
0,02) эВ, Е4 = Еv – (0,15 ± 0,02) эВ, Е5 = Еv –
(0,75 ± 0,02) эВ, причем уровни Е2 и Е3 при-
сутствуют во всех образцах, а Е1 – лишь в
нелегированной пленке CdTe, уровни Е4 и Е5
– в легированных CdTe:In. Известно [10], что
уровни Е1 и Е3 создаются одно – и двухкрат-
но заряженными вакансиями кадмия ( CdV − ,
2
CdV − ), а уровень Е2 – междоузельным Теi, тогда
как, естественно ожидать, что за уровни Е4 и
Е5 ответственны комплексные центры с учас-
тием In+i.
Для измерения спектров низкотемпера-
турной фотолюминесценции пленочные об-
разцы непосредственно погружались в отка-
чиваемый жидкий гелий при 4,2 K. Спектры
регистрировались на установке, собранной
на базе спектрометра ДФС-24, работающим
в режиме счета фотонов при минимальной
ширине щели 0,04 мэВ. Возбуждение собст-
венной люминесценции осуществлялось на
длине волны λ = 476,6 нм светом непрерыв-
ного газоразрядного Ar+ – лазера, сфокусиро-
ванным на поверхность слоя CdTe в пятно
размером 0,4×4 мм2 при мощности светового
потока ∼ 7 мВт. Эксперимент проводился в
геометрии нормального освещения и почти
нормального излучения∗) .
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА
Спектр низкотемпературной (Т = 4,2 К) фото-
люминесценции (ФЛ) нелегированной плен-
ки CdTe с АФВ свойством в окрестности фун-
даментальной полосы поглощения представ-
лен на рис. 1а. Для сравнения здесь же пока-
зан пунктиром спектр ФЛ чистого монокрис-
таллического образца [4], который прости-
рается лишь в область частот •ω < Eg и сос-
тоит из экситонной (Евх ≈ 1,59 эВ), донорно-
акцепторной (ЕДАП ≈ 1,54 эВ) – ДАП линии
излучения и их LO-фононных повторений.
Как видно из рисунка, спектры ФЛ поликрис-
таллической пленки с АФВ свойством и мо-
нокристалла из CdTe качественно отлича-
ются. Основной вклад в ФЛ пленки дает из-
лучательная рекомбинация e – h свободных
носителей (A-линия с полушириной 14,2 ±
0,1 мэВ) и краевая люминесценция с яркой
относительно широкой дублетной структурой
(B- и C-линии с полуширинами 18,2 ± 0,1 мэВ
и 32,2 ± 0,1 мэВ), а экситонный канал из-
лучения отсутствует. В области частот •ω >
1,65 эВ наблюдается горячая фотолюминес-
*) Авторы выражают искреннею признательность
д.ф.-м.н., профессору А.В. Селькину за оказанную
методическую помощь во время снятия спектров
фотолюминесценции наших пленочных образцов на
его установке.
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 4, vol. 8, No. 4
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК CdTe, CdTe:In С АНОМАЛЬНЫМ ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКИМ ...
361ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 4, vol. 8, No. 4
ценция, обусловленная излучательной реком-
бинацией релаксирующихся по энергии горя-
чих электронно-дырочных пар (частота ла-
зерного излучения •ω = 2,60 эВ). Резкая длин-
новолновая граница •ω = 1,627 эВ собствен-
ной полосы излучения подтверждает совер-
шенную кристаллическую структуру отдель-
ных зерен пленки. Заметим, что данная гра-
ница смещена в сторону коротких волн на
0,02 эВ по сравнению с нижней границей зо-
ны проводимости монокристалла CdTe (вер-
тикальная штрих пунктирная линия на рис.
1a) при T = 4,2 K (Eg = 1,606 эВ). Это, по-ви-
димому, можно объяснить наличием доста-
точно высоких внутренних термомеханичес-
ких напряжений растяжения в тонкой пленке
CdTe, что приводит к увеличению ширины
запрещенной зоны.
Максимумы А- и В-линий излучения от-
личаются на энергии продольно оптического
фонона в CdTe •ω = 0,021 эВ. Значить, можно
утверждать, что симметричная В-линия яв-
ляется LO-повторением собственной A-по-
лосы излучения, которая также, как и фунда-
ментальная полоса, отсутствовала в спектре
монокристалла при заданной интенсивности
лазерного возбуждения ∼ 0,44 Вт/см2.
Из рис. 1а видно, что пологий максимум
С-линии излучения отстает от А-линии более
чем на 2•ωLO. Это и наличие длинноволно-
вого хвоста С-линии означает, что данная
спектральная линия формируется в результ-
ате e-h-рекомбинации зона-зона с излучением
2LO, 3LO и т.д. фононов.
На рис. 1b показан спектр ФЛ легирован-
ной In пленки CdTe без TO. Видно, что введе-
ние примесных атомов индия сильно дефор-
мирует спектр ФЛ: во-первых, существенно
сужается полуширина А-линии (до 6 мєВ),
что и коррелируется падением почти на поря-
док максимального значения VАФН у свеже-
приготовленной пленки CdTe:In по сравне-
нию с нелегированной пленкой CdTe; во-вто-
рых, полоса краевой люминесценции (B- и
C-линии), также как и канал горячей ФЛ ис-
чезают; в-третьих, резкая красная граница
собственного излучения сдвигается в длин-
новолновую сторону на энергии ≈3 мэВ, что
обусловлено с уменьшением Eg, т.е. с ослаб-
лением внутреннего механического напря-
жения в легированном образце. Отсюда мож-
но заключить, что донорные примеси заме-
щения InCd создают мощный канал безызлу-
чательной рекомбинации, тем самым, сильно
уменьшают роль LO-фононов и увеличивают
электропроводность пленки CdTe:In [9], чем
и определяется ухудшение её АФВ свойства.
Как видно из рис. 1с, после оптимальной
TO пленки CdTe:In спектр ФЛ качественно
не претерпевает сильного изменения. Однако
сразу же заметим, что TO приводит к ушире-
нию линии A почти в три раза (полуширина
достигает значения ∼ 17 мєВ в соответствии
с ростом значения VАФН на порядок, т.е. до
3⋅103 B) и к увеличению ширины запрещен-
ной зоны на ∼ 11 мєВ по отношению к неот-
тоженной пленки CdTe:In. Процесс TO стиму-
лирует наряду с АФВ свойством легирован-
ной пленки, также и её собственной полосы
ФЛ.
Таким образом, мы видим четкую корреля-
цию между АФВ свойством и формой обна-
руженной здесь впервые полосы собственной
люминесценции косонапыленных пленок
а)
b)
Рис. 1. Спектры низкотемпературной ФЛ чистой – а),
легированной In пленок CdTe до – b) и после – c) тер-
мической обработки. Штриховая линия – спектр чис-
того монокристалла CdTe [4], а штрих пунктирной ли-
нией показана граница его запрещенной зоны при
4,2 K.
c)
Б.Ж. АХМАДАЛИЕВ, М.А. КАРИМОВ, Б.З. ПОЛВОНОВ, Н.Х. ЮЛДАШЕВ
362
CdTe. Спектр ФЛ при легировании и TO силь-
но трансформируется в соответствии с изме-
нением АФВ свойств пленки.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
В процессе формирования излучения поли-
кристаллических образцов следует различать
вклады трех характерных областей
I = βI0 = IOMΓ + IOO3 + IKHO,
где IOMΓ = R⋅•ω,
2
1
КНО КНО
D
D
d
I R d
−
= ⋅ ω�
�
�
� � ,
1 2
(1) (2)
ООЗ ООЗ ООЗ
0 0
D D
I R d R d= ⋅ ω + ⋅ ω� �
� �
� � � � – вкла-
ды в интенсивность излучения соответствен-
но от области межзеренных границ (ОМГ),
квазинейтральной области (КНО) и областей
объемных зарядов (ООЗ) и; sR , OOЗ
iR , КНОR –
темпы излучательных рекомбинаций в этих
областях [11]; d – линейный размер кристал-
лического зерна RDi – длина экранирования
Дебая, β – квантовый выход, I0 – интенсив-
ность возбуждающего света. Естественно, в
крупнозернистых образцах (d 1 мм) преобла-
дающую роль играет КНО и задача сводится
к объемной фотолюминесценции, детально
изученной для широкого класса полупровод-
ников. Однако, в исследованных здесь мелко-
зернистых (d ≤ 1 мкм) поликристаллических
пленках с АФВ свойством роли ОМГ и ООЗ
становится определяющими.
Действительно, как видно из рис. 1а, что
для чистых монокристаллов CdTe при задан-
ных интенсивностях возбуждающего лазер-
ного излучения (≈7 мВт/см2) не обнаружива-
ется собственное излучение (пунктирная ли-
ния [4]). Это объясняется тем, что e-h-излуча-
тельная время жизни τизл неравновесных сво-
бодных носителей значительно превышает их
времена ухода τ0 путем образования эксито-
нов или испускания фононов. Однако, широ-
кая спектральная полоса A в спектре низко-
температурной ФЛ пленки CdTe с АФВ свой-
ством вблизи границы фундаментального
поглощения (•ω > Eg) соответствует обратной
ситуации τизл << τ0, о чем свидетельствует от-
сутствие в спектре экситонных и ДАП-кана-
лов излучения.
Проанализируем причину реализации та-
кого условия формирования ФЛ. Для этого
рассмотрим структурную модель косона-пы-
ленной поликристаллической пленки (рис. 2),
согласно которой кристаллические зерна, их
границы раздела и поры между ними в на-
правлении прохождения электрического тока
образуют линейную периодическую цепочку
последовательно включенных полупровод-
ник-диэлектрик-полупроводник (ПDП) кон-
тактных структур с асимметричными припо-
верхностными потенциальными барьерами
(рис. 3). При освещении каждая элеметарная
ячейка ПDП за счет собственного или при-
месного поглощения света и пространствен-
ного разделения фотоносителей в асиммет-
ричных ООЗ генерирует небольшую поверх-
ностную фото-ЭДС (рис. 4) Viф = ψ0 – ψ, где
ψ0 = (ϕ 01 – ϕ 02)/e, ψ = (ϕ 1 – ϕ 2)/e – контактные
разности потенциалов между соседними зер-
нами в темноте и под действием света, e – за-
ряд электрона, ϕ 01, ϕ 02 – высоты поверхност-
ных потенциальных барьеров с левой и пра-
вой стороны диэлектрического слоя (ДС). То-
гда естественно, что линейная цепочка ПDП
генерирует высоковольтную фото-ЭДС
VАФН = N⋅ Viф (N – число ячеек ПDП). Оче-
видно, что если поверхностные потенциаль-
ные барьеры на границах зерен симметрич-
ные или пленка достаточно толстая и обла-
дает высокой фотопроводимостью, то АФВ
эффект будет отсутствовать.
Возникает естественный вопрос, как вза-
имосвязаны процессы формирования ФЛ и
АФВ свойств косонапыленных пленок? Из-
вестно [11], элементарная поверхностная фо-
Рис. 2. Модель поликристаллической пленки с АФВ
свойством, выращенной на стеклянной подложке: ВД
– верхний дендрит и НД – нижний дендрит, КЗ – крис-
таллическое зерно, КП – канал проводимости.
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 4, vol. 8, No. 4
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК CdTe, CdTe:In С АНОМАЛЬНЫМ ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКИМ ...
363ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 4, vol. 8, No. 4
то-ЭДС возникает только за счет фотогенера-
ции электронно-дырочных пар и их про-
странственного разделения внутренним по-
лем в ООЗ. С другой стороны именно такой
процесс приводит к накоплению электронов
в КНО и дырок вблизи границы зерен в
указанном на рис. 3 случае искривления энер-
гетических уровней в ООЗ и препятствует
процессу образования экситонов (см. рис. 4).
В высокоомных образцах максвелловское
время релаксации τ = εε0/σ достаточно боль-
шое и времена жизни фотоносителей в со-
ответствующих зонах определяются межзон-
ной излучательной рекомбинацией. А это и
является, по-видимому, главной причиной
возгорания собственной люминесценции и
подавления экситонного излучения. Следова-
тельно, поверхностные ФЛ и фото-ЭДС в оп-
ределенных условиях всегда сопутствуют
друг с другом. Так, в мелкозернистых поли-
кристаллах (d ≤ RD) при слабой поверхностной
рекомбинации вклад ООЗ в ФЛ может стать
доминирующим. Как раз такая ситуация и
имеет место в исследуемых пленках CdTe (см.
рис. 1, участок А). В крупнозернистых
(d >> R0) пленках вклад поверхностной ФЛ
уступает перед вкладом KHO, однако, ано-
мально большая фото-ЭДС все таки может ге-
нерироваться. Наоборот, хотя в случае сим-
метричных поверхностных барьеров мелко-
зернистой пленки АФН не возникает, тем не
менее роль поверхностной ФЛ может стать
существенной. Таким образом, отсюда мож-
но заключить, что появление собственной по-
лосы излучения в спектре ФЛ тонкой косо-
напыленной мелкозернистой поликристал-
лической пленки CdTe обусловлено генера-
ций поверхностной фото-ЭДС вблизи гра-
ницы зерен. Естественно, что ширины спект-
ров излучения от областей ассиметричных
потенциальных барьеров с обеих сторон ДС
несколько отличаются. Это проявляется в не-
обычном уширении результирующей фунда-
ментальной полосы излучения, а резкая длин-
новолновая граница которой обусловлена со-
вершенной кристаллической структурой от-
дельных зерен.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В заключение лишний раз отметим, что в
спектрах низкотемпературной фотолюминес-
ценции поликристаллических пленок CdTe,
CdTe:In с АФВ свойством в отличие от моно-
кристаллов не проявляется экситонный и
ДАП-каналы излучения. Причиной этого яв-
ляется процесс генерации фотоЭДС в пригра-
ничных областях кристаллических зерен,
приводящий к стимулированию собственной
люминесценции и её LO-повторений в чис-
тых образцах. Легирование донорной приме-
сью In подавляет роль LO-фононов в процес-
сах релаксации горячих фотоносителей по
энергии, а дальнейшая TO косонапыленной
пленки стимулирует асимметрию потенциа-
льных барьеров на границах зерен, которые
Рис. 3. Энергетическая зонная диаграмма линейной
цепочки кристаллических зерен с асимметричными
потенциальными барьерами на границе кристаллитов
и межзеренными порами (для случая нелегированной
АФВ – пленки) в состоянии термодинамического рав-
новесия.
Рис. 4. Энергетическая зонная диаграмма линейной
цепочки кристаллических зерен с асимметричными
потенциальными барьерами при освещении светом,
приводящим к генерация АФН и ФЛ.
Б.Ж. АХМАДАЛИЕВ, М.А. КАРИМОВ, Б.З. ПОЛВОНОВ, Н.Х. ЮЛДАШЕВ
364
адекватно отражается в спектрах ФЛ. Безу-
словно, такой оптический метод изучения фо-
товольтаических свойств пленочных струк-
тур существенно дополняет известных элект-
рофизических методов и требует дальнейших
исследований его новых возможностей с
целью разработки эффективных пленочных
фотопреобразователей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Квит А.В., Клевков Ю.В., Медведов С.А., Ба-
гаев В.С., Пересторонин А., Плотников А.Ф.
Динамика изменения спектров фотолюминес-
ценции образцов CdTe стехиометрического
состава в зависимости от чистоты исходных
компонентов//ФТП. – 2000. – Т. 34, Вып. 1. –
С. 19-22.
2. Багаев В.С., Клевков Ю.В., Колосов С.А.,
Кривобок В.С., Шепель А.А. Оптические и
электрофизические свойства дефектов в
высокочистом CdTe//ФТТ. – 2010. – Т. 52,
Вып. 1. – С. 37-42.
3. Велещук В., Байдуллаева А., Власенко А.,
Гнатюк В., Даулетмуратов Б., Левицкий С.,
Ляшенко О., Аокi Т. Массоперенос индия в
структуре при наносекундном лазерном облу-
чении//ФТТ.– 2010.–Т. 52, Вып. 3.–С. 439-445.
4. Пермогоров С.А., Суркова Т.П., Тенишев А.Н.
Экситонная люминесценция твердых раство-
ров Cd1–xFexTe//ФТТ. – 1998. – Т. 40, Вып. 5. –
С. 897-899.
5. Багаев В.С., Онищенко Е.Е. Особенности тем-
пературной зависимости фотолюминесцен-
ции сверхрешеток квантовых точек CdTe/
ZnTe//ФТТ.– 2005.– Т. 47, Вып. 1.– С. 168-171.
6. Агекян В.Ф., Пономарева И.А., Серов А.Ю.,
Философов Н.Г., Karczewski G. Люминесцен-
цция CdMgTe с ультратонкими нанослоями
CdMnTe//ФТТ. – 2008. – Т. 50, Вып. 2. –
С. 336-339.
7. Каримов М.А., Юлдашев Н.Х. Косонапы-
ленные пленки CdTe:In с аномальными фото-
вольтаическими свойствами//Изв.РАН. сер.
физич. – 2007. – Т. 71, Вып. 8. – С. 1186-1188.
8. Атакулов Б., Абдуллаев Э., Эргашев Ж.,
Каримов М., Юлдашев Н. Технология полу-
чения фотоэлектретов “без внешнего поля”
на основе АФН пленок CdTe:Ag и исследова-
вние их фото- и тензометрических свойств//
Материалы III Всесоюзного научно-техничес-
кого семинара-совещания “Перспективы
развития и практическое примененные мето-
дов тензометрии при исследовании прочнос-
ти конструкций” Ч. I. – Фергана. – 1983. –
С. 212-246.
9. Каримов М.А., Юлдашев Н.Х. Влияние при-
меси индия на фотовольтаические свойства
косонапыленных пленок CdTe//Физическая
инженерия поверхности. – 2006. – Т. 2, № 5.
– С. 42-47.
10. Мирсагатов Ш.А., Шамирзаев С.Х., Махму-
дов М.А. Межзеренные поверхностные сост-
ояния поликристаллических пленок CdTe и
их влияние на формирование эффективного
квантового выхода//Узбекский физический
журнал. – 1996. – №. 2. – С. 36-40.
11. Зуев А.Л., Саченко В.Б., Тольпыго К.Е. Нерав-
новесные процессы на поверхности полупро-
водников. – М.: Энергия, 1979. – 256 с.
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 4, vol. 8, No. 4
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК CdTe, CdTe:In С АНОМАЛЬНЫМ ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКИМ ...
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-98917 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1999-8074 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:56:47Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ахмадалиев, Б.Ж. Каримов, М.А. Полвонов, Б.З. Юлдашев, Н.Х. 2016-04-19T14:12:49Z 2016-04-19T14:12:49Z 2010 Низкотемпературная фотолюминесценция тонких пленок CdTe, CdTe:In с аномальным фотовольтаическим свойством / Б.Ж. Ахмадалиев, М.А. Каримов, Б.З. Полвонов, Н.Х. Юлдашев // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 4. — С. 358–364. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98917 621.315.592 Обнаружена корреляция между спектром низкотемпературной (T = 4,2 K) фотолюминесценции
 и аномальными фотовольтаическими свойствами косонапыленных поликристаллических
 пленок CdTe, CdTe:In. В спектрах чистых образцов наряду с краевой дублетной полосой доминирует полоса собственной люминесценции, обусловленной наличием потенциальных
 барьеров на границах зерен. Легирование примесью In приводит к тушению дублетной полосы,
 а дальнейшая термическая обработка – к резкой активации собственной полосы, полуширина
 которой связана максимальным значением генерируемого фотонапряжения VАФН ≈ 10³ В/см. Виявлено кореляцію між спектром низькотемпературної (T = 4,2 K) фотолюмінесценції та
 аномальними фотовольтаічними властивостями косонапилених полікристалічних плівок CdTe,
 CdTe:Іn. У спектрах чистих зразків поряд із крайовою дублетною смугою домінує смуга власної
 люмінесценції, зумовленої наявністю потенційних бар’єрів на границях зерен. Легування домішкою Іn приводить до гасіння дублетної смуги, а подальша термічна обробка – до різкої
 активації власної смуги, напівширина якоїзв’язана максимальним значенням генеруємої фотонапруги VАФН ≈ 10³ В/см. Correlation between spectrum of the low temperature (T = 4,2 K) photoluminescence and anomalous
 photovoltages properties of slanting evaporating polikryistallin thin films CdTe, CdTe:Іn is discovered.
 In spectrum undoped sample on a number double-acting by band dominated the band to own luminescence,
 conditioned presence potential barrier on border of grains an impurity In brings about
 stewing double-acting bands, but the most further thermal processing – to cutting the activations of the own band, full width on half maximum which is bound by maximum value photo generated voltage VAFN ≈ 10³ V/sm. ru Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Физическая инженерия поверхности Низкотемпературная фотолюминесценция тонких пленок CdTe, CdTe:In с аномальным фотовольтаическим свойством Article published earlier |
| spellingShingle | Низкотемпературная фотолюминесценция тонких пленок CdTe, CdTe:In с аномальным фотовольтаическим свойством Ахмадалиев, Б.Ж. Каримов, М.А. Полвонов, Б.З. Юлдашев, Н.Х. |
| title | Низкотемпературная фотолюминесценция тонких пленок CdTe, CdTe:In с аномальным фотовольтаическим свойством |
| title_full | Низкотемпературная фотолюминесценция тонких пленок CdTe, CdTe:In с аномальным фотовольтаическим свойством |
| title_fullStr | Низкотемпературная фотолюминесценция тонких пленок CdTe, CdTe:In с аномальным фотовольтаическим свойством |
| title_full_unstemmed | Низкотемпературная фотолюминесценция тонких пленок CdTe, CdTe:In с аномальным фотовольтаическим свойством |
| title_short | Низкотемпературная фотолюминесценция тонких пленок CdTe, CdTe:In с аномальным фотовольтаическим свойством |
| title_sort | низкотемпературная фотолюминесценция тонких пленок cdte, cdte:in с аномальным фотовольтаическим свойством |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98917 |
| work_keys_str_mv | AT ahmadalievbž nizkotemperaturnaâfotolûminescenciâtonkihplenokcdtecdteinsanomalʹnymfotovolʹtaičeskimsvoistvom AT karimovma nizkotemperaturnaâfotolûminescenciâtonkihplenokcdtecdteinsanomalʹnymfotovolʹtaičeskimsvoistvom AT polvonovbz nizkotemperaturnaâfotolûminescenciâtonkihplenokcdtecdteinsanomalʹnymfotovolʹtaičeskimsvoistvom AT ûldaševnh nizkotemperaturnaâfotolûminescenciâtonkihplenokcdtecdteinsanomalʹnymfotovolʹtaičeskimsvoistvom |