На сайте 100500 рефератов в 150 категориях	Искать реферат
Рефераты на 5 с плюсом С нашим сайтом написать реферат проще простого

Получение квазибинарнои системы CuInS2-CdS, ее фазовая диаграмма, електричнита фотоэлектрические свойства

Категория: Физика, Астрономия

версия для печати

Страница: [1] [2] [3]

E = EV + (0,13 (0,02) eB.

Как известно [7], в сплавах с дефектами донорного и акцепторного типа, к которым относятся, конечно, многокомпонентные соединения, уровень Ферми в запрещенной зоне закрепляется на дефектах, которые создают наибольшую плотность состояний. Поэтому можно считать, что представленная выше энергия активации соответствует энергетическому положению акцепторовотносительно валентной зоны твердого раствора с малым содержанием CdS.

О природе дефектов акцепторного типа, которые создают энергетические состояния с Е = ЕV + +0,13 эВ, можно высказать следующие предположения. Поскольку образцы области (-твердого раствора обладают структурой халькопирит (рис. 1, 2), то их можно рассматривать как сильно легированные кадмием кристаллы CuInS2.В таких кристаллах двухвалентные атомы Сd могут замещать в кристаллической решетке близкие по размерам трехвалентное атомы In. Такое предположение хорошо согласуется с критерием Гольдшмидт [8]. Образующийся при этом центр CdIn, захватывая электрон из валентной зоны (для насыщения связей с соседними атомами), действует как акцептор.

Термоэдс. полупроводникар-типа проводимости определяется формулой [9]:

, (2)

где к — постоянная Больцмана, Е = ЕF — EV — положение уровня Ферми относительно валентной зоны. А — зависит от механизма рассеяния и для кристаллических полупроводников лежит, конечно, в пределах 2 (4. Для неупорядоченных систем его значение меньше. Подставляя в формулу (2) значения Е,определенное по температурной зависимости проводимости (формула (1)), мы получали хорошо согласования (с экспериментально наблюдаемыми значениями термоэдс. при А, находившемся в пределах от 3,5 до 4 (образцы с содержанием CdS до 50 мл .%). Для образцов остальных интервала значения А резко уменьшалось и (приобретало (при большом содержании CdS) отрицательных значений.Это свидетельствует о том, что при увеличении содержания CdS возрастает роль электронов в электропроводности образцов, т.е. возрастает степень компенсации полупроводника, и формула (2) перестает быть справедливой.

В этой ситуации (определяется формулой [10]:

, (3)

где (е, (р, (е и (р — значение «парциальных» термоэдс. и удельной электропроводностидля электронной и дырочной составляющих проводимостей. Кроме того, с увеличением степени

компенсации возрастает вклад случайного электрического потенциала, связанного с флуктуациями заряженных доноров и акцепторов, что приводит к возникновению у краев зон «хвостов» плотности состояний [7, 9]. В таких полупроводниках [9] (при не очень низких температурах)на температурной зависимости проводимости часто наблюдаются два участка с разными энергиями активации, что имеет место и в нашем случае (рис. 5):

(4)

Первый член в уравнении (4) определяет проводимость , связанную с возбуждением электронов в делокализовани состояния, то есть на уровень протекания в С-зоне (Эс), второй — с возбуждением электроновв локализованные состояния у дна зоны проводимости (ЕА) [9]. Механизм проводимости в последнем случае обусловлен перескока электронов в локализованных состояниях в «хвосте» зоны проводимости. (W — энергия активации перескоков.

Как видно из рис. 5, для образца с содержанием 95 мл.% CdS (который имеет n-тип проводимости и своим свойствам близок к компенсированныхполупроводников) на температурной зависимости (при Т (376 К наблюдается излом. Выше излома, то есть при высокой температуре, энергия активации проводимости, которая обусловлена ??движением электронов в делокализованих состояниях, оказалась равной (0,8 эВ. Ниже излома — 0,55 эВ.

Разница энергий активации для различных механизмов проводимости, определенная по различнымнаклонов температурной зависимости проводимости, равна:

ЕС — ЕА + (W = 0,25 эВ. (5)

Если приближенно считать, что энергия перескоков (W при температуре, соответствующей нижней части зависимости ln (от 1 / T, примерно равная

(W (кТ (0,04 эВ,

то можно оценить область локализованных состояний у края зоны проводимости:

ЕС- ЕА (0,21 эВ.

Следует заметить, что определенная нами ширина области локализованных состояний в растворах CuInS2-CdS (с большим содержанием CdS) оказалась по порядку величины близка к такой, которая имеет место в большинстве широкозонного полупроводников [9].

Механизм, который обусловливает компенсацию проводимости в сплавах системы CuInS2-CdS с большим содержаниемCdS, можно объяснить заменой части узлов катионной пидрешиткы, в которых содержатся атомы Cd, на атомы In и Cu. Трехвалентные атомы In, замещающие двухвалентные атомы Cd, в узлах решетки создают донорные центры (InCd), а атомы Сu — акцепторные (CuCd). Центры таких типов хорошо известны в CdS, легированных атомами In или Cu [11]. Причем вхождение разноименнозаряженных дефектов в решетку кристалла увеличивает растворимость легирующих примесей, ответственных за дефекты в материале [12].

Сплавы СuInS2-CdS малофоточутливи при высоких температурах. Их фоточувствительность возрастает при понижении температуры. На рис. 7 представлены спектральное распределение фотопроводимости (ФП) образцов системы CuInS2-CdS с различным процентнымсодержанием компонент (при 770К). Характерной особенностью кривых спектрального распределения ФП является существование размытых максимумов фотопроводимости, которые смещаются в коротковолновую область при увеличении процентного содержания CdS. Если предположить, что за максимумы фотопроводимости соответствуют оптические переходы в области полосы собственного поглощения кристаллов CuInS2-CdS,то их смещение в коротковолновую область можно объяснить увеличением ширины запрещенной зоны сплава при росте содержания CdS, что согласуется с результатами измерения энергии активации темновой проводимости (рис. 6). Для сплавов с 95 мл.% CdS максимум фотопроводимости практически содержится в той же области, что и для монокристаллов CdS ((м (470 нм, при 77К).Такое положение максимума соответствует ширине запрещенной зоны сплава Еg (2,6 эВ.

Размытие максимумов фотопроводимости можно объяснить неоднородностью системы, которая является поликристаллическим средой. К собственным оптических переходов в монокристаллических зернах могут примешиваться переходы из области межзерновых границ. Кроме того, сплавы, конечно, являются дефектнымиструктурами, что приводит к возникновению «хвостов» плотности состояний, которые также могут отвечать за размытия максимумов ФП.

4. Выводы

Построены фазовую диаграмму системы CuInS2-CdS, что является диаграммой первого типа, по классификации Розебома. Образование непрерывного ряда твердых растворов между CdS i ВТР (2)-модификацией CuInS2 является подтверждениемфакта ее кристаллизации в структуре вюрциту. Обнаружено значительное стабилизации кубической модификации в сторону низких температур. Изменения удельной электропроводности, энергии активации, термоэдс. и фотопроводимости хорошо согласуются с построенной фазовой диаграммой системы CuInS2-CdS.

В заключение следует отметить, что твердые растворы системы CuInS2-CdS принадлежатк материалам с высоким значением термоэдс. Особенно это касается образцов со структурой сфалерита, для которых (достигает значения 1250 мкВ / К (рис. 4). Кроме того, эти образцы, будучи испеченным, имеют низкую теплопроводность и высокую радиационную стойкость. Все это ставит твердые растворы системы CuInS2-CdS в ряд перспективных материалов термоелектроникы.

Литература

Лазарев В.Б.,Кем З.З., Кереш Е.Ю., Семрад Е.Е. Комплексные халькогениды системы АI-ВIII-СVI. — М.: металургия, 1993.

Боретс A.Н., ковах Д.Ш., Зинзиков Б.И. Тезисы докладов ИИ Всесоюзной конференции «Мате-риаловедение халькогенидных и кислородосодержащих полупроводников». — Черновцы, 1981 .- Т.1 .- С.123.

Tell B., Shay JL, Kasper HM / / Phys. Rev.- 1971. — V.4. — P. 2463.

Страница: [1] [2] [3]

версия для печати