МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ АЗЕРБАЙДЖАНСКОЙ РЕСПУБЛИКИАЗЕРБАЙДЖАНСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

БАКИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТБАКИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

АЛИ ГАСАН ОГЛЫ ГУСЕЙНОВАЛИ ГАСАН ОГЛЫ ГУСЕЙНОВ

ЭЛЕКТРОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ В СЛОЖНЫХ ЭЛЕКТРОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ В СЛОЖНЫХ ХАЛЬКОГЕНИДАХ ХАЛЬКОГЕНИДАХ

ТИПА ТИПА AAIIBBIIIIIICCVIVI

Научный консультантыНаучный консультанты

Доктор физ-матнаук проф Салманов ВМДоктор физ-матнаук проф Салманов ВМДоктор физ-матнаук проф Кязым-заде АГДоктор физ-матнаук проф Кязым-заде АГ

БАКУ- 2013БАКУ- 2013

Тройные полупроводниковые халькогенидные соединения обладают Тройные полупроводниковые халькогенидные соединения обладают большим потенциалом практического применения и представляют большим потенциалом практического применения и представляют несомненный научный интерес В частности эти материалы в настоящее несомненный научный интерес В частности эти материалы в настоящее время используются в изготовлении высокоэффективных солнечных время используются в изготовлении высокоэффективных солнечных батарей (батарей (CuGaSeCuGaSe22 ии CuInSe CuInSe22) светоизлучающих диодов ) светоизлучающих диодов (AgInS(AgInS22 ии AgIn AgIn55SeSe88) )

оптических фильтров (оптических фильтров (CuGaSCuGaS22) фотоэлектрических преобразователей ) фотоэлектрических преобразователей

((CuCu33GaGa55SeSe99)) влагочувствительных элементов радиационностойких влагочувствительных элементов радиационностойких

полупроводниковых приборов (полупроводниковых приборов (CuInTeCuInTe2 2 ии CuGaTe CuGaTe22) и тд) и тд

В концентрационном треугольнике самой много исследуемой группой В концентрационном треугольнике самой много исследуемой группой тройных соединений являются соединения типа Их можно получить на тройных соединений являются соединения типа Их можно получить на разрезе линий нормальной валентности и число электронов на атомразрезе линий нормальной валентности и число электронов на атом (( ) в квазибинарной системе) в квазибинарной системе

(11)(11)

В этой системе выявлены несколько групп тройных халькогенидов В этой системе выявлены несколько групп тройных халькогенидов которым на диаграммах состояний соответствуют либо дистектические которым на диаграммах состояний соответствуют либо дистектические точки либо образования по перетектической реакции Некоторые из этих точки либо образования по перетектической реакции Некоторые из этих соединений плавятся конгруэнтно а некоторые ndash инконгруэнтносоединений плавятся конгруэнтно а некоторые ndash инконгруэнтно

VIIIII CBA 2

VIIIIIVIIIIVII CBACBBA 2322 2

В этой системе выявлены несколько групп тройных халькогенидов которым В этой системе выявлены несколько групп тройных халькогенидов которым на диаграммах состояний соответствуют либо дистектические точки либо на диаграммах состояний соответствуют либо дистектические точки либо образования по перетектической реакции Некоторые из этих соединений образования по перетектической реакции Некоторые из этих соединений плавятся конгруэнтно а некоторые ndash инконгруэнтноплавятся конгруэнтно а некоторые ndash инконгруэнтноРассмотрим другие варианты химических реакций в квазибинарной системе Рассмотрим другие варианты химических реакций в квазибинарной системе при условии выполнения нормальной валентности и числа электроновпри условии выполнения нормальной валентности и числа электронов нана одинодин атомndashатомndashnn

(12)(12)

(13)(13)

(14)(14) (15)(15) (16)(16)

VIIIIIVIIIIVIIIII CBACBCBAn 53322444

VIIIIIVIIIIVIIIII CBACBCBAn 85322 2574

VIIIIIVIIIIVIIIII CBACBCBAn 117322 3634

VIIIIIVIIIIVIIIII CBACBCBAn 742322234

VIIIIIVIIIIVIIIII CBACBCBAn 9532223234

Диаграммы состояния в системеДиаграммы состояния в системе

AgInS2 In2 мол In2S3

20 40 60 80 400

600

800

1000

T 0C

Ag 3

In5S

9

AgI

n 3S 5

AgI

n 5S 8

α

α+β β+γ

η η

η+ε ε

322 SInAgInS

Тем

пера

тура

(0 С

)

Ga в атомных процентах

Ga2Se3 в процентах моля

нагревание

Практически полный набор частот фундаментальных колебаний для Практически полный набор частот фундаментальных колебаний для исследованных изоструктурных соединений с различными замещениями исследованных изоструктурных соединений с различными замещениями атомов позволил нам определить характер взаимодействия между атомами атомов позволил нам определить характер взаимодействия между атомами (группами атомов) форму нормальных колебаний и ряд важных (группами атомов) форму нормальных колебаний и ряд важных кристаллохимических постоянных кристалловкристаллохимических постоянных кристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 Cu Cu33GaGa55SS99

CuCu33GaGa55TeTe99 Cu Cu33InIn55SS99 Ag Ag33GaGa55SeSe99 Ag Ag33InIn55SeSe99 Ag Ag33GaGa55TeTe99 снятые при снятые при

комнатной температуре Длякомнатной температуре Для CuCu33InIn55SS99 регистрировались поляризационные регистрировались поляризационные

спектры отражения (приспектры отражения (при ии ) ) Исследованные кристаллы Исследованные кристаллы

принадлежат к гексогональной сингонии (пространственная группа принадлежат к гексогональной сингонии (пространственная группа

симметрии симметрии )) В элементарной ячейке этих кристаллов В элементарной ячейке этих кристаллов

содержится одна формульная единица Инверсия частоты оптических мод содержится одна формульная единица Инверсия частоты оптических мод

имеет место для кристалловимеет место для кристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 Cu Cu33GaGa55SS99 ии Cu Cu33InIn55SeSe99 то есть то есть

частоты продольных оптических модчастоты продольных оптических мод ии

были меньше по сравнению с частотами были меньше по сравнению с частотами

соответствующих оптических модсоответствующих оптических мод ии

CE

CE

mmmPD h 616

387 9537 SGaCuL 4L

953-1

2 см224 SeInCuL

276389 47 TT -14 см226T

Зависимости квадрата частот от эффективной массы Зависимости квадрата частот от эффективной массы для наиболее для наиболее высокочастотной оптической моды кристалловвысокочастотной оптической моды кристаллов CuCu33GaGa55SS99(Se(Se99 Te Te99)) ии

CuCu33InIn55SS99(Se(Se99 Te Te99))

0 1 2 3

5

10

15

-1эфф в относ ед

ν2 104 с

м-2

Cu3Ga5Se9

Cu3Ga5Te9 Cu3In5Se9

Cu3In5Te9

Cu3Ga5S9

Cu3In5S9

1эфф

0 1 2 3 -1эфф в относ ед

5

10

ν 2 1

04 см

-2

Ag3Ga5Se9

Ag3Ga5Te9

Ag3In5Te9

Ag3In5Se9

Ag3In5S9

Ag3Ga5S9

9

10

4

к вакуумному насосу

2

1

14

6 5

11

12

7

13

3

8

мингt

m041

max

Температурная зависимость удельной электропроводности Температурная зависимость удельной электропроводности монокристаллического образцамонокристаллического образца AgInAgIn55SS88

2 3 4 5 6 103T K

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

ln σ

(О

м-1

middotсм

-1)

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вТемпературная зависимость дифференциальной термо-эдс в AgInAgIn55SS88

300

500

TK

200

100

350 200

Спектры фототока вСпектры фототока в AgInAgIn55SS88 при 200 (1) и 300 К (2) при 200 (1) и 300 К (2)

10 12 08 06

1

04

2

206 эВ

165эВ

302 эВ

λ мкм

I ф в

от

не

д 167эВ

Рис 5 Спектры фототока в AgIn5S8 при температуре 200 (1) и 300 К (2)

180 200 220 T K

10

20

I TC

T в

отн

ед

ГдеГде ℓ -ℓ - длина полупроводника длина полупроводника S - S - поперечное сечение полупроводника поперечное сечение полупроводника μμ - - подвижность электронов подвижность электронов e - e - заряд электроназаряд электрона

1

2 3

4

5

6 7

8

NeS

lR

0

ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе AgInAgIn55SS88

15

мк

Ад

ел

U

1

1

2

2

3

3

4

4

2 Вдел

I

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 42 К при температуре 42 К

а) 032

026

145 135

161

ΔЕg=171 эВ 0167

1

2

163 159

14 12 16 18 2 hν эВ

20 40 60 80

100 120 140

I КЛ

в от

н е

д

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 77 К при температуре 77 К

12 12 16 18 hν эВ

20

40

60

80

100

120

140

I КЛ в

отн

ед

2

1

Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в AgAg33InIn55SeSe99 вакууме вакууме

20 40 60 80 100

Влажность η

10-9

10-8

10-7

Эле

ктро

пров

одно

сть

Ом

middotсм

Электрическая схема предварительного усилителя тока Электрическая схема предварительного усилителя тока проходящего через датчик влажности проходящего через датчик влажности

T1

R2 R3

T2

K K

R1

Б Б Э Э

9 В

Влагочувствительный элемент

Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных носителей (дырок) в носителей (дырок) в AgAg33InIn55SeSe99

21 23 25 lgT K

25

26

27

28

lgμ D

см

2 middotВ-1

middotс-1

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вв Ag Ag33InIn55SeSe99

200 300 400 500 600 T K

1

2

3

α m

BK

Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с

λ=105 мкмλ=105 мкм

lgI ф

в о

тн е

д

200 250 300 T K

10

20

30

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Тройные полупроводниковые халькогенидные соединения обладают Тройные полупроводниковые халькогенидные соединения обладают большим потенциалом практического применения и представляют большим потенциалом практического применения и представляют несомненный научный интерес В частности эти материалы в настоящее несомненный научный интерес В частности эти материалы в настоящее время используются в изготовлении высокоэффективных солнечных время используются в изготовлении высокоэффективных солнечных батарей (батарей (CuGaSeCuGaSe22 ии CuInSe CuInSe22) светоизлучающих диодов ) светоизлучающих диодов (AgInS(AgInS22 ии AgIn AgIn55SeSe88) )

оптических фильтров (оптических фильтров (CuGaSCuGaS22) фотоэлектрических преобразователей ) фотоэлектрических преобразователей

((CuCu33GaGa55SeSe99)) влагочувствительных элементов радиационностойких влагочувствительных элементов радиационностойких

полупроводниковых приборов (полупроводниковых приборов (CuInTeCuInTe2 2 ии CuGaTe CuGaTe22) и тд) и тд

В концентрационном треугольнике самой много исследуемой группой В концентрационном треугольнике самой много исследуемой группой тройных соединений являются соединения типа Их можно получить на тройных соединений являются соединения типа Их можно получить на разрезе линий нормальной валентности и число электронов на атомразрезе линий нормальной валентности и число электронов на атом (( ) в квазибинарной системе) в квазибинарной системе

(11)(11)

В этой системе выявлены несколько групп тройных халькогенидов В этой системе выявлены несколько групп тройных халькогенидов которым на диаграммах состояний соответствуют либо дистектические которым на диаграммах состояний соответствуют либо дистектические точки либо образования по перетектической реакции Некоторые из этих точки либо образования по перетектической реакции Некоторые из этих соединений плавятся конгруэнтно а некоторые ndash инконгруэнтносоединений плавятся конгруэнтно а некоторые ndash инконгруэнтно

VIIIII CBA 2

VIIIIIVIIIIVII CBACBBA 2322 2

В этой системе выявлены несколько групп тройных халькогенидов которым В этой системе выявлены несколько групп тройных халькогенидов которым на диаграммах состояний соответствуют либо дистектические точки либо на диаграммах состояний соответствуют либо дистектические точки либо образования по перетектической реакции Некоторые из этих соединений образования по перетектической реакции Некоторые из этих соединений плавятся конгруэнтно а некоторые ndash инконгруэнтноплавятся конгруэнтно а некоторые ndash инконгруэнтноРассмотрим другие варианты химических реакций в квазибинарной системе Рассмотрим другие варианты химических реакций в квазибинарной системе при условии выполнения нормальной валентности и числа электроновпри условии выполнения нормальной валентности и числа электронов нана одинодин атомndashатомndashnn

(12)(12)

(13)(13)

(14)(14) (15)(15) (16)(16)

VIIIIIVIIIIVIIIII CBACBCBAn 53322444

VIIIIIVIIIIVIIIII CBACBCBAn 85322 2574

VIIIIIVIIIIVIIIII CBACBCBAn 117322 3634

VIIIIIVIIIIVIIIII CBACBCBAn 742322234

VIIIIIVIIIIVIIIII CBACBCBAn 9532223234

Диаграммы состояния в системеДиаграммы состояния в системе

AgInS2 In2 мол In2S3

20 40 60 80 400

600

800

1000

T 0C

Ag 3

In5S

9

AgI

n 3S 5

AgI

n 5S 8

α

α+β β+γ

η η

η+ε ε

322 SInAgInS

Тем

пера

тура

(0 С

)

Ga в атомных процентах

Ga2Se3 в процентах моля

нагревание

Практически полный набор частот фундаментальных колебаний для Практически полный набор частот фундаментальных колебаний для исследованных изоструктурных соединений с различными замещениями исследованных изоструктурных соединений с различными замещениями атомов позволил нам определить характер взаимодействия между атомами атомов позволил нам определить характер взаимодействия между атомами (группами атомов) форму нормальных колебаний и ряд важных (группами атомов) форму нормальных колебаний и ряд важных кристаллохимических постоянных кристалловкристаллохимических постоянных кристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 Cu Cu33GaGa55SS99

CuCu33GaGa55TeTe99 Cu Cu33InIn55SS99 Ag Ag33GaGa55SeSe99 Ag Ag33InIn55SeSe99 Ag Ag33GaGa55TeTe99 снятые при снятые при

комнатной температуре Длякомнатной температуре Для CuCu33InIn55SS99 регистрировались поляризационные регистрировались поляризационные

спектры отражения (приспектры отражения (при ии ) ) Исследованные кристаллы Исследованные кристаллы

принадлежат к гексогональной сингонии (пространственная группа принадлежат к гексогональной сингонии (пространственная группа

симметрии симметрии )) В элементарной ячейке этих кристаллов В элементарной ячейке этих кристаллов

содержится одна формульная единица Инверсия частоты оптических мод содержится одна формульная единица Инверсия частоты оптических мод

имеет место для кристалловимеет место для кристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 Cu Cu33GaGa55SS99 ии Cu Cu33InIn55SeSe99 то есть то есть

частоты продольных оптических модчастоты продольных оптических мод ии

были меньше по сравнению с частотами были меньше по сравнению с частотами

соответствующих оптических модсоответствующих оптических мод ии

CE

CE

mmmPD h 616

387 9537 SGaCuL 4L

953-1

2 см224 SeInCuL

276389 47 TT -14 см226T

Зависимости квадрата частот от эффективной массы Зависимости квадрата частот от эффективной массы для наиболее для наиболее высокочастотной оптической моды кристалловвысокочастотной оптической моды кристаллов CuCu33GaGa55SS99(Se(Se99 Te Te99)) ии

CuCu33InIn55SS99(Se(Se99 Te Te99))

0 1 2 3

5

10

15

-1эфф в относ ед

ν2 104 с

м-2

Cu3Ga5Se9

Cu3Ga5Te9 Cu3In5Se9

Cu3In5Te9

Cu3Ga5S9

Cu3In5S9

1эфф

0 1 2 3 -1эфф в относ ед

5

10

ν 2 1

04 см

-2

Ag3Ga5Se9

Ag3Ga5Te9

Ag3In5Te9

Ag3In5Se9

Ag3In5S9

Ag3Ga5S9

9

10

4

к вакуумному насосу

2

1

14

6 5

11

12

7

13

3

8

мингt

m041

max

Температурная зависимость удельной электропроводности Температурная зависимость удельной электропроводности монокристаллического образцамонокристаллического образца AgInAgIn55SS88

2 3 4 5 6 103T K

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

ln σ

(О

м-1

middotсм

-1)

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вТемпературная зависимость дифференциальной термо-эдс в AgInAgIn55SS88

300

500

TK

200

100

350 200

Спектры фототока вСпектры фототока в AgInAgIn55SS88 при 200 (1) и 300 К (2) при 200 (1) и 300 К (2)

10 12 08 06

1

04

2

206 эВ

165эВ

302 эВ

λ мкм

I ф в

от

не

д 167эВ

Рис 5 Спектры фототока в AgIn5S8 при температуре 200 (1) и 300 К (2)

180 200 220 T K

10

20

I TC

T в

отн

ед

ГдеГде ℓ -ℓ - длина полупроводника длина полупроводника S - S - поперечное сечение полупроводника поперечное сечение полупроводника μμ - - подвижность электронов подвижность электронов e - e - заряд электроназаряд электрона

1

2 3

4

5

6 7

8

NeS

lR

0

ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе AgInAgIn55SS88

15

мк

Ад

ел

U

1

1

2

2

3

3

4

4

2 Вдел

I

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 42 К при температуре 42 К

а) 032

026

145 135

161

ΔЕg=171 эВ 0167

1

2

163 159

14 12 16 18 2 hν эВ

20 40 60 80

100 120 140

I КЛ

в от

н е

д

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 77 К при температуре 77 К

12 12 16 18 hν эВ

20

40

60

80

100

120

140

I КЛ в

отн

ед

2

1

Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в AgAg33InIn55SeSe99 вакууме вакууме

20 40 60 80 100

Влажность η

10-9

10-8

10-7

Эле

ктро

пров

одно

сть

Ом

middotсм

Электрическая схема предварительного усилителя тока Электрическая схема предварительного усилителя тока проходящего через датчик влажности проходящего через датчик влажности

T1

R2 R3

T2

K K

R1

Б Б Э Э

9 В

Влагочувствительный элемент

Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных носителей (дырок) в носителей (дырок) в AgAg33InIn55SeSe99

21 23 25 lgT K

25

26

27

28

lgμ D

см

2 middotВ-1

middotс-1

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вв Ag Ag33InIn55SeSe99

200 300 400 500 600 T K

1

2

3

α m

BK

Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с

λ=105 мкмλ=105 мкм

lgI ф

в о

тн е

д

200 250 300 T K

10

20

30

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

В этой системе выявлены несколько групп тройных халькогенидов которым В этой системе выявлены несколько групп тройных халькогенидов которым на диаграммах состояний соответствуют либо дистектические точки либо на диаграммах состояний соответствуют либо дистектические точки либо образования по перетектической реакции Некоторые из этих соединений образования по перетектической реакции Некоторые из этих соединений плавятся конгруэнтно а некоторые ndash инконгруэнтноплавятся конгруэнтно а некоторые ndash инконгруэнтноРассмотрим другие варианты химических реакций в квазибинарной системе Рассмотрим другие варианты химических реакций в квазибинарной системе при условии выполнения нормальной валентности и числа электроновпри условии выполнения нормальной валентности и числа электронов нана одинодин атомndashатомndashnn

(12)(12)

(13)(13)

(14)(14) (15)(15) (16)(16)

VIIIIIVIIIIVIIIII CBACBCBAn 53322444

VIIIIIVIIIIVIIIII CBACBCBAn 85322 2574

VIIIIIVIIIIVIIIII CBACBCBAn 117322 3634

VIIIIIVIIIIVIIIII CBACBCBAn 742322234

VIIIIIVIIIIVIIIII CBACBCBAn 9532223234

Диаграммы состояния в системеДиаграммы состояния в системе

AgInS2 In2 мол In2S3

20 40 60 80 400

600

800

1000

T 0C

Ag 3

In5S

9

AgI

n 3S 5

AgI

n 5S 8

α

α+β β+γ

η η

η+ε ε

322 SInAgInS

Тем

пера

тура

(0 С

)

Ga в атомных процентах

Ga2Se3 в процентах моля

нагревание

Практически полный набор частот фундаментальных колебаний для Практически полный набор частот фундаментальных колебаний для исследованных изоструктурных соединений с различными замещениями исследованных изоструктурных соединений с различными замещениями атомов позволил нам определить характер взаимодействия между атомами атомов позволил нам определить характер взаимодействия между атомами (группами атомов) форму нормальных колебаний и ряд важных (группами атомов) форму нормальных колебаний и ряд важных кристаллохимических постоянных кристалловкристаллохимических постоянных кристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 Cu Cu33GaGa55SS99

CuCu33GaGa55TeTe99 Cu Cu33InIn55SS99 Ag Ag33GaGa55SeSe99 Ag Ag33InIn55SeSe99 Ag Ag33GaGa55TeTe99 снятые при снятые при

комнатной температуре Длякомнатной температуре Для CuCu33InIn55SS99 регистрировались поляризационные регистрировались поляризационные

спектры отражения (приспектры отражения (при ии ) ) Исследованные кристаллы Исследованные кристаллы

принадлежат к гексогональной сингонии (пространственная группа принадлежат к гексогональной сингонии (пространственная группа

симметрии симметрии )) В элементарной ячейке этих кристаллов В элементарной ячейке этих кристаллов

содержится одна формульная единица Инверсия частоты оптических мод содержится одна формульная единица Инверсия частоты оптических мод

имеет место для кристалловимеет место для кристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 Cu Cu33GaGa55SS99 ии Cu Cu33InIn55SeSe99 то есть то есть

частоты продольных оптических модчастоты продольных оптических мод ии

были меньше по сравнению с частотами были меньше по сравнению с частотами

соответствующих оптических модсоответствующих оптических мод ии

CE

CE

mmmPD h 616

387 9537 SGaCuL 4L

953-1

2 см224 SeInCuL

276389 47 TT -14 см226T

Зависимости квадрата частот от эффективной массы Зависимости квадрата частот от эффективной массы для наиболее для наиболее высокочастотной оптической моды кристалловвысокочастотной оптической моды кристаллов CuCu33GaGa55SS99(Se(Se99 Te Te99)) ии

CuCu33InIn55SS99(Se(Se99 Te Te99))

0 1 2 3

5

10

15

-1эфф в относ ед

ν2 104 с

м-2

Cu3Ga5Se9

Cu3Ga5Te9 Cu3In5Se9

Cu3In5Te9

Cu3Ga5S9

Cu3In5S9

1эфф

0 1 2 3 -1эфф в относ ед

5

10

ν 2 1

04 см

-2

Ag3Ga5Se9

Ag3Ga5Te9

Ag3In5Te9

Ag3In5Se9

Ag3In5S9

Ag3Ga5S9

9

10

4

к вакуумному насосу

2

1

14

6 5

11

12

7

13

3

8

мингt

m041

max

Температурная зависимость удельной электропроводности Температурная зависимость удельной электропроводности монокристаллического образцамонокристаллического образца AgInAgIn55SS88

2 3 4 5 6 103T K

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

ln σ

(О

м-1

middotсм

-1)

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вТемпературная зависимость дифференциальной термо-эдс в AgInAgIn55SS88

300

500

TK

200

100

350 200

Спектры фототока вСпектры фототока в AgInAgIn55SS88 при 200 (1) и 300 К (2) при 200 (1) и 300 К (2)

10 12 08 06

1

04

2

206 эВ

165эВ

302 эВ

λ мкм

I ф в

от

не

д 167эВ

Рис 5 Спектры фототока в AgIn5S8 при температуре 200 (1) и 300 К (2)

180 200 220 T K

10

20

I TC

T в

отн

ед

ГдеГде ℓ -ℓ - длина полупроводника длина полупроводника S - S - поперечное сечение полупроводника поперечное сечение полупроводника μμ - - подвижность электронов подвижность электронов e - e - заряд электроназаряд электрона

1

2 3

4

5

6 7

8

NeS

lR

0

ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе AgInAgIn55SS88

15

мк

Ад

ел

U

1

1

2

2

3

3

4

4

2 Вдел

I

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 42 К при температуре 42 К

а) 032

026

145 135

161

ΔЕg=171 эВ 0167

1

2

163 159

14 12 16 18 2 hν эВ

20 40 60 80

100 120 140

I КЛ

в от

н е

д

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 77 К при температуре 77 К

12 12 16 18 hν эВ

20

40

60

80

100

120

140

I КЛ в

отн

ед

2

1

Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в AgAg33InIn55SeSe99 вакууме вакууме

20 40 60 80 100

Влажность η

10-9

10-8

10-7

Эле

ктро

пров

одно

сть

Ом

middotсм

Электрическая схема предварительного усилителя тока Электрическая схема предварительного усилителя тока проходящего через датчик влажности проходящего через датчик влажности

T1

R2 R3

T2

K K

R1

Б Б Э Э

9 В

Влагочувствительный элемент

Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных носителей (дырок) в носителей (дырок) в AgAg33InIn55SeSe99

21 23 25 lgT K

25

26

27

28

lgμ D

см

2 middotВ-1

middotс-1

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вв Ag Ag33InIn55SeSe99

200 300 400 500 600 T K

1

2

3

α m

BK

Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с

λ=105 мкмλ=105 мкм

lgI ф

в о

тн е

д

200 250 300 T K

10

20

30

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Диаграммы состояния в системеДиаграммы состояния в системе

AgInS2 In2 мол In2S3

20 40 60 80 400

600

800

1000

T 0C

Ag 3

In5S

9

AgI

n 3S 5

AgI

n 5S 8

α

α+β β+γ

η η

η+ε ε

322 SInAgInS

Тем

пера

тура

(0 С

)

Ga в атомных процентах

Ga2Se3 в процентах моля

нагревание

Практически полный набор частот фундаментальных колебаний для Практически полный набор частот фундаментальных колебаний для исследованных изоструктурных соединений с различными замещениями исследованных изоструктурных соединений с различными замещениями атомов позволил нам определить характер взаимодействия между атомами атомов позволил нам определить характер взаимодействия между атомами (группами атомов) форму нормальных колебаний и ряд важных (группами атомов) форму нормальных колебаний и ряд важных кристаллохимических постоянных кристалловкристаллохимических постоянных кристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 Cu Cu33GaGa55SS99

CuCu33GaGa55TeTe99 Cu Cu33InIn55SS99 Ag Ag33GaGa55SeSe99 Ag Ag33InIn55SeSe99 Ag Ag33GaGa55TeTe99 снятые при снятые при

комнатной температуре Длякомнатной температуре Для CuCu33InIn55SS99 регистрировались поляризационные регистрировались поляризационные

спектры отражения (приспектры отражения (при ии ) ) Исследованные кристаллы Исследованные кристаллы

принадлежат к гексогональной сингонии (пространственная группа принадлежат к гексогональной сингонии (пространственная группа

симметрии симметрии )) В элементарной ячейке этих кристаллов В элементарной ячейке этих кристаллов

содержится одна формульная единица Инверсия частоты оптических мод содержится одна формульная единица Инверсия частоты оптических мод

имеет место для кристалловимеет место для кристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 Cu Cu33GaGa55SS99 ии Cu Cu33InIn55SeSe99 то есть то есть

частоты продольных оптических модчастоты продольных оптических мод ии

были меньше по сравнению с частотами были меньше по сравнению с частотами

соответствующих оптических модсоответствующих оптических мод ии

CE

CE

mmmPD h 616

387 9537 SGaCuL 4L

953-1

2 см224 SeInCuL

276389 47 TT -14 см226T

Зависимости квадрата частот от эффективной массы Зависимости квадрата частот от эффективной массы для наиболее для наиболее высокочастотной оптической моды кристалловвысокочастотной оптической моды кристаллов CuCu33GaGa55SS99(Se(Se99 Te Te99)) ии

CuCu33InIn55SS99(Se(Se99 Te Te99))

0 1 2 3

5

10

15

-1эфф в относ ед

ν2 104 с

м-2

Cu3Ga5Se9

Cu3Ga5Te9 Cu3In5Se9

Cu3In5Te9

Cu3Ga5S9

Cu3In5S9

1эфф

0 1 2 3 -1эфф в относ ед

5

10

ν 2 1

04 см

-2

Ag3Ga5Se9

Ag3Ga5Te9

Ag3In5Te9

Ag3In5Se9

Ag3In5S9

Ag3Ga5S9

9

10

4

к вакуумному насосу

2

1

14

6 5

11

12

7

13

3

8

мингt

m041

max

Температурная зависимость удельной электропроводности Температурная зависимость удельной электропроводности монокристаллического образцамонокристаллического образца AgInAgIn55SS88

2 3 4 5 6 103T K

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

ln σ

(О

м-1

middotсм

-1)

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вТемпературная зависимость дифференциальной термо-эдс в AgInAgIn55SS88

300

500

TK

200

100

350 200

Спектры фототока вСпектры фототока в AgInAgIn55SS88 при 200 (1) и 300 К (2) при 200 (1) и 300 К (2)

10 12 08 06

1

04

2

206 эВ

165эВ

302 эВ

λ мкм

I ф в

от

не

д 167эВ

Рис 5 Спектры фототока в AgIn5S8 при температуре 200 (1) и 300 К (2)

180 200 220 T K

10

20

I TC

T в

отн

ед

ГдеГде ℓ -ℓ - длина полупроводника длина полупроводника S - S - поперечное сечение полупроводника поперечное сечение полупроводника μμ - - подвижность электронов подвижность электронов e - e - заряд электроназаряд электрона

1

2 3

4

5

6 7

8

NeS

lR

0

ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе AgInAgIn55SS88

15

мк

Ад

ел

U

1

1

2

2

3

3

4

4

2 Вдел

I

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 42 К при температуре 42 К

а) 032

026

145 135

161

ΔЕg=171 эВ 0167

1

2

163 159

14 12 16 18 2 hν эВ

20 40 60 80

100 120 140

I КЛ

в от

н е

д

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 77 К при температуре 77 К

12 12 16 18 hν эВ

20

40

60

80

100

120

140

I КЛ в

отн

ед

2

1

Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в AgAg33InIn55SeSe99 вакууме вакууме

20 40 60 80 100

Влажность η

10-9

10-8

10-7

Эле

ктро

пров

одно

сть

Ом

middotсм

Электрическая схема предварительного усилителя тока Электрическая схема предварительного усилителя тока проходящего через датчик влажности проходящего через датчик влажности

T1

R2 R3

T2

K K

R1

Б Б Э Э

9 В

Влагочувствительный элемент

Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных носителей (дырок) в носителей (дырок) в AgAg33InIn55SeSe99

21 23 25 lgT K

25

26

27

28

lgμ D

см

2 middotВ-1

middotс-1

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вв Ag Ag33InIn55SeSe99

200 300 400 500 600 T K

1

2

3

α m

BK

Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с

λ=105 мкмλ=105 мкм

lgI ф

в о

тн е

д

200 250 300 T K

10

20

30

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Тем

пера

тура

(0 С

)

Ga в атомных процентах

Ga2Se3 в процентах моля

нагревание

Практически полный набор частот фундаментальных колебаний для Практически полный набор частот фундаментальных колебаний для исследованных изоструктурных соединений с различными замещениями исследованных изоструктурных соединений с различными замещениями атомов позволил нам определить характер взаимодействия между атомами атомов позволил нам определить характер взаимодействия между атомами (группами атомов) форму нормальных колебаний и ряд важных (группами атомов) форму нормальных колебаний и ряд важных кристаллохимических постоянных кристалловкристаллохимических постоянных кристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 Cu Cu33GaGa55SS99

CuCu33GaGa55TeTe99 Cu Cu33InIn55SS99 Ag Ag33GaGa55SeSe99 Ag Ag33InIn55SeSe99 Ag Ag33GaGa55TeTe99 снятые при снятые при

комнатной температуре Длякомнатной температуре Для CuCu33InIn55SS99 регистрировались поляризационные регистрировались поляризационные

спектры отражения (приспектры отражения (при ии ) ) Исследованные кристаллы Исследованные кристаллы

принадлежат к гексогональной сингонии (пространственная группа принадлежат к гексогональной сингонии (пространственная группа

симметрии симметрии )) В элементарной ячейке этих кристаллов В элементарной ячейке этих кристаллов

содержится одна формульная единица Инверсия частоты оптических мод содержится одна формульная единица Инверсия частоты оптических мод

имеет место для кристалловимеет место для кристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 Cu Cu33GaGa55SS99 ии Cu Cu33InIn55SeSe99 то есть то есть

частоты продольных оптических модчастоты продольных оптических мод ии

были меньше по сравнению с частотами были меньше по сравнению с частотами

соответствующих оптических модсоответствующих оптических мод ии

CE

CE

mmmPD h 616

387 9537 SGaCuL 4L

953-1

2 см224 SeInCuL

276389 47 TT -14 см226T

Зависимости квадрата частот от эффективной массы Зависимости квадрата частот от эффективной массы для наиболее для наиболее высокочастотной оптической моды кристалловвысокочастотной оптической моды кристаллов CuCu33GaGa55SS99(Se(Se99 Te Te99)) ии

CuCu33InIn55SS99(Se(Se99 Te Te99))

0 1 2 3

5

10

15

-1эфф в относ ед

ν2 104 с

м-2

Cu3Ga5Se9

Cu3Ga5Te9 Cu3In5Se9

Cu3In5Te9

Cu3Ga5S9

Cu3In5S9

1эфф

0 1 2 3 -1эфф в относ ед

5

10

ν 2 1

04 см

-2

Ag3Ga5Se9

Ag3Ga5Te9

Ag3In5Te9

Ag3In5Se9

Ag3In5S9

Ag3Ga5S9

9

10

4

к вакуумному насосу

2

1

14

6 5

11

12

7

13

3

8

мингt

m041

max

Температурная зависимость удельной электропроводности Температурная зависимость удельной электропроводности монокристаллического образцамонокристаллического образца AgInAgIn55SS88

2 3 4 5 6 103T K

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

ln σ

(О

м-1

middotсм

-1)

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вТемпературная зависимость дифференциальной термо-эдс в AgInAgIn55SS88

300

500

TK

200

100

350 200

Спектры фототока вСпектры фототока в AgInAgIn55SS88 при 200 (1) и 300 К (2) при 200 (1) и 300 К (2)

10 12 08 06

1

04

2

206 эВ

165эВ

302 эВ

λ мкм

I ф в

от

не

д 167эВ

Рис 5 Спектры фототока в AgIn5S8 при температуре 200 (1) и 300 К (2)

180 200 220 T K

10

20

I TC

T в

отн

ед

ГдеГде ℓ -ℓ - длина полупроводника длина полупроводника S - S - поперечное сечение полупроводника поперечное сечение полупроводника μμ - - подвижность электронов подвижность электронов e - e - заряд электроназаряд электрона

1

2 3

4

5

6 7

8

NeS

lR

0

ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе AgInAgIn55SS88

15

мк

Ад

ел

U

1

1

2

2

3

3

4

4

2 Вдел

I

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 42 К при температуре 42 К

а) 032

026

145 135

161

ΔЕg=171 эВ 0167

1

2

163 159

14 12 16 18 2 hν эВ

20 40 60 80

100 120 140

I КЛ

в от

н е

д

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 77 К при температуре 77 К

12 12 16 18 hν эВ

20

40

60

80

100

120

140

I КЛ в

отн

ед

2

1

Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в AgAg33InIn55SeSe99 вакууме вакууме

20 40 60 80 100

Влажность η

10-9

10-8

10-7

Эле

ктро

пров

одно

сть

Ом

middotсм

Электрическая схема предварительного усилителя тока Электрическая схема предварительного усилителя тока проходящего через датчик влажности проходящего через датчик влажности

T1

R2 R3

T2

K K

R1

Б Б Э Э

9 В

Влагочувствительный элемент

Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных носителей (дырок) в носителей (дырок) в AgAg33InIn55SeSe99

21 23 25 lgT K

25

26

27

28

lgμ D

см

2 middotВ-1

middotс-1

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вв Ag Ag33InIn55SeSe99

200 300 400 500 600 T K

1

2

3

α m

BK

Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с

λ=105 мкмλ=105 мкм

lgI ф

в о

тн е

д

200 250 300 T K

10

20

30

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Практически полный набор частот фундаментальных колебаний для Практически полный набор частот фундаментальных колебаний для исследованных изоструктурных соединений с различными замещениями исследованных изоструктурных соединений с различными замещениями атомов позволил нам определить характер взаимодействия между атомами атомов позволил нам определить характер взаимодействия между атомами (группами атомов) форму нормальных колебаний и ряд важных (группами атомов) форму нормальных колебаний и ряд важных кристаллохимических постоянных кристалловкристаллохимических постоянных кристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 Cu Cu33GaGa55SS99

CuCu33GaGa55TeTe99 Cu Cu33InIn55SS99 Ag Ag33GaGa55SeSe99 Ag Ag33InIn55SeSe99 Ag Ag33GaGa55TeTe99 снятые при снятые при

комнатной температуре Длякомнатной температуре Для CuCu33InIn55SS99 регистрировались поляризационные регистрировались поляризационные

спектры отражения (приспектры отражения (при ии ) ) Исследованные кристаллы Исследованные кристаллы

принадлежат к гексогональной сингонии (пространственная группа принадлежат к гексогональной сингонии (пространственная группа

симметрии симметрии )) В элементарной ячейке этих кристаллов В элементарной ячейке этих кристаллов

содержится одна формульная единица Инверсия частоты оптических мод содержится одна формульная единица Инверсия частоты оптических мод

имеет место для кристалловимеет место для кристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 Cu Cu33GaGa55SS99 ии Cu Cu33InIn55SeSe99 то есть то есть

частоты продольных оптических модчастоты продольных оптических мод ии

были меньше по сравнению с частотами были меньше по сравнению с частотами

соответствующих оптических модсоответствующих оптических мод ии

CE

CE

mmmPD h 616

387 9537 SGaCuL 4L

953-1

2 см224 SeInCuL

276389 47 TT -14 см226T

Зависимости квадрата частот от эффективной массы Зависимости квадрата частот от эффективной массы для наиболее для наиболее высокочастотной оптической моды кристалловвысокочастотной оптической моды кристаллов CuCu33GaGa55SS99(Se(Se99 Te Te99)) ии

CuCu33InIn55SS99(Se(Se99 Te Te99))

0 1 2 3

5

10

15

-1эфф в относ ед

ν2 104 с

м-2

Cu3Ga5Se9

Cu3Ga5Te9 Cu3In5Se9

Cu3In5Te9

Cu3Ga5S9

Cu3In5S9

1эфф

0 1 2 3 -1эфф в относ ед

5

10

ν 2 1

04 см

-2

Ag3Ga5Se9

Ag3Ga5Te9

Ag3In5Te9

Ag3In5Se9

Ag3In5S9

Ag3Ga5S9

9

10

4

к вакуумному насосу

2

1

14

6 5

11

12

7

13

3

8

мингt

m041

max

Температурная зависимость удельной электропроводности Температурная зависимость удельной электропроводности монокристаллического образцамонокристаллического образца AgInAgIn55SS88

2 3 4 5 6 103T K

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

ln σ

(О

м-1

middotсм

-1)

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вТемпературная зависимость дифференциальной термо-эдс в AgInAgIn55SS88

300

500

TK

200

100

350 200

Спектры фототока вСпектры фототока в AgInAgIn55SS88 при 200 (1) и 300 К (2) при 200 (1) и 300 К (2)

10 12 08 06

1

04

2

206 эВ

165эВ

302 эВ

λ мкм

I ф в

от

не

д 167эВ

Рис 5 Спектры фототока в AgIn5S8 при температуре 200 (1) и 300 К (2)

180 200 220 T K

10

20

I TC

T в

отн

ед

ГдеГде ℓ -ℓ - длина полупроводника длина полупроводника S - S - поперечное сечение полупроводника поперечное сечение полупроводника μμ - - подвижность электронов подвижность электронов e - e - заряд электроназаряд электрона

1

2 3

4

5

6 7

8

NeS

lR

0

ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе AgInAgIn55SS88

15

мк

Ад

ел

U

1

1

2

2

3

3

4

4

2 Вдел

I

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 42 К при температуре 42 К

а) 032

026

145 135

161

ΔЕg=171 эВ 0167

1

2

163 159

14 12 16 18 2 hν эВ

20 40 60 80

100 120 140

I КЛ

в от

н е

д

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 77 К при температуре 77 К

12 12 16 18 hν эВ

20

40

60

80

100

120

140

I КЛ в

отн

ед

2

1

Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в AgAg33InIn55SeSe99 вакууме вакууме

20 40 60 80 100

Влажность η

10-9

10-8

10-7

Эле

ктро

пров

одно

сть

Ом

middotсм

Электрическая схема предварительного усилителя тока Электрическая схема предварительного усилителя тока проходящего через датчик влажности проходящего через датчик влажности

T1

R2 R3

T2

K K

R1

Б Б Э Э

9 В

Влагочувствительный элемент

Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных носителей (дырок) в носителей (дырок) в AgAg33InIn55SeSe99

21 23 25 lgT K

25

26

27

28

lgμ D

см

2 middotВ-1

middotс-1

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вв Ag Ag33InIn55SeSe99

200 300 400 500 600 T K

1

2

3

α m

BK

Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с

λ=105 мкмλ=105 мкм

lgI ф

в о

тн е

д

200 250 300 T K

10

20

30

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Зависимости квадрата частот от эффективной массы Зависимости квадрата частот от эффективной массы для наиболее для наиболее высокочастотной оптической моды кристалловвысокочастотной оптической моды кристаллов CuCu33GaGa55SS99(Se(Se99 Te Te99)) ии

CuCu33InIn55SS99(Se(Se99 Te Te99))

0 1 2 3

5

10

15

-1эфф в относ ед

ν2 104 с

м-2

Cu3Ga5Se9

Cu3Ga5Te9 Cu3In5Se9

Cu3In5Te9

Cu3Ga5S9

Cu3In5S9

1эфф

0 1 2 3 -1эфф в относ ед

5

10

ν 2 1

04 см

-2

Ag3Ga5Se9

Ag3Ga5Te9

Ag3In5Te9

Ag3In5Se9

Ag3In5S9

Ag3Ga5S9

9

10

4

к вакуумному насосу

2

1

14

6 5

11

12

7

13

3

8

мингt

m041

max

Температурная зависимость удельной электропроводности Температурная зависимость удельной электропроводности монокристаллического образцамонокристаллического образца AgInAgIn55SS88

2 3 4 5 6 103T K

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

ln σ

(О

м-1

middotсм

-1)

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вТемпературная зависимость дифференциальной термо-эдс в AgInAgIn55SS88

300

500

TK

200

100

350 200

Спектры фототока вСпектры фототока в AgInAgIn55SS88 при 200 (1) и 300 К (2) при 200 (1) и 300 К (2)

10 12 08 06

1

04

2

206 эВ

165эВ

302 эВ

λ мкм

I ф в

от

не

д 167эВ

Рис 5 Спектры фототока в AgIn5S8 при температуре 200 (1) и 300 К (2)

180 200 220 T K

10

20

I TC

T в

отн

ед

ГдеГде ℓ -ℓ - длина полупроводника длина полупроводника S - S - поперечное сечение полупроводника поперечное сечение полупроводника μμ - - подвижность электронов подвижность электронов e - e - заряд электроназаряд электрона

1

2 3

4

5

6 7

8

NeS

lR

0

ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе AgInAgIn55SS88

15

мк

Ад

ел

U

1

1

2

2

3

3

4

4

2 Вдел

I

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 42 К при температуре 42 К

а) 032

026

145 135

161

ΔЕg=171 эВ 0167

1

2

163 159

14 12 16 18 2 hν эВ

20 40 60 80

100 120 140

I КЛ

в от

н е

д

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 77 К при температуре 77 К

12 12 16 18 hν эВ

20

40

60

80

100

120

140

I КЛ в

отн

ед

2

1

Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в AgAg33InIn55SeSe99 вакууме вакууме

20 40 60 80 100

Влажность η

10-9

10-8

10-7

Эле

ктро

пров

одно

сть

Ом

middotсм

Электрическая схема предварительного усилителя тока Электрическая схема предварительного усилителя тока проходящего через датчик влажности проходящего через датчик влажности

T1

R2 R3

T2

K K

R1

Б Б Э Э

9 В

Влагочувствительный элемент

Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных носителей (дырок) в носителей (дырок) в AgAg33InIn55SeSe99

21 23 25 lgT K

25

26

27

28

lgμ D

см

2 middotВ-1

middotс-1

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вв Ag Ag33InIn55SeSe99

200 300 400 500 600 T K

1

2

3

α m

BK

Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с

λ=105 мкмλ=105 мкм

lgI ф

в о

тн е

д

200 250 300 T K

10

20

30

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

0 1 2 3 -1эфф в относ ед

5

10

ν 2 1

04 см

-2

Ag3Ga5Se9

Ag3Ga5Te9

Ag3In5Te9

Ag3In5Se9

Ag3In5S9

Ag3Ga5S9

9

10

4

к вакуумному насосу

2

1

14

6 5

11

12

7

13

3

8

мингt

m041

max

Температурная зависимость удельной электропроводности Температурная зависимость удельной электропроводности монокристаллического образцамонокристаллического образца AgInAgIn55SS88

2 3 4 5 6 103T K

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

ln σ

(О

м-1

middotсм

-1)

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вТемпературная зависимость дифференциальной термо-эдс в AgInAgIn55SS88

300

500

TK

200

100

350 200

Спектры фототока вСпектры фототока в AgInAgIn55SS88 при 200 (1) и 300 К (2) при 200 (1) и 300 К (2)

10 12 08 06

1

04

2

206 эВ

165эВ

302 эВ

λ мкм

I ф в

от

не

д 167эВ

Рис 5 Спектры фототока в AgIn5S8 при температуре 200 (1) и 300 К (2)

180 200 220 T K

10

20

I TC

T в

отн

ед

ГдеГде ℓ -ℓ - длина полупроводника длина полупроводника S - S - поперечное сечение полупроводника поперечное сечение полупроводника μμ - - подвижность электронов подвижность электронов e - e - заряд электроназаряд электрона

1

2 3

4

5

6 7

8

NeS

lR

0

ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе AgInAgIn55SS88

15

мк

Ад

ел

U

1

1

2

2

3

3

4

4

2 Вдел

I

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 42 К при температуре 42 К

а) 032

026

145 135

161

ΔЕg=171 эВ 0167

1

2

163 159

14 12 16 18 2 hν эВ

20 40 60 80

100 120 140

I КЛ

в от

н е

д

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 77 К при температуре 77 К

12 12 16 18 hν эВ

20

40

60

80

100

120

140

I КЛ в

отн

ед

2

1

Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в AgAg33InIn55SeSe99 вакууме вакууме

20 40 60 80 100

Влажность η

10-9

10-8

10-7

Эле

ктро

пров

одно

сть

Ом

middotсм

Электрическая схема предварительного усилителя тока Электрическая схема предварительного усилителя тока проходящего через датчик влажности проходящего через датчик влажности

T1

R2 R3

T2

K K

R1

Б Б Э Э

9 В

Влагочувствительный элемент

Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных носителей (дырок) в носителей (дырок) в AgAg33InIn55SeSe99

21 23 25 lgT K

25

26

27

28

lgμ D

см

2 middotВ-1

middotс-1

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вв Ag Ag33InIn55SeSe99

200 300 400 500 600 T K

1

2

3

α m

BK

Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с

λ=105 мкмλ=105 мкм

lgI ф

в о

тн е

д

200 250 300 T K

10

20

30

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

9

10

4

к вакуумному насосу

2

1

14

6 5

11

12

7

13

3

8

мингt

m041

max

Температурная зависимость удельной электропроводности Температурная зависимость удельной электропроводности монокристаллического образцамонокристаллического образца AgInAgIn55SS88

2 3 4 5 6 103T K

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

ln σ

(О

м-1

middotсм

-1)

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вТемпературная зависимость дифференциальной термо-эдс в AgInAgIn55SS88

300

500

TK

200

100

350 200

Спектры фототока вСпектры фототока в AgInAgIn55SS88 при 200 (1) и 300 К (2) при 200 (1) и 300 К (2)

10 12 08 06

1

04

2

206 эВ

165эВ

302 эВ

λ мкм

I ф в

от

не

д 167эВ

Рис 5 Спектры фототока в AgIn5S8 при температуре 200 (1) и 300 К (2)

180 200 220 T K

10

20

I TC

T в

отн

ед

ГдеГде ℓ -ℓ - длина полупроводника длина полупроводника S - S - поперечное сечение полупроводника поперечное сечение полупроводника μμ - - подвижность электронов подвижность электронов e - e - заряд электроназаряд электрона

1

2 3

4

5

6 7

8

NeS

lR

0

ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе AgInAgIn55SS88

15

мк

Ад

ел

U

1

1

2

2

3

3

4

4

2 Вдел

I

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 42 К при температуре 42 К

а) 032

026

145 135

161

ΔЕg=171 эВ 0167

1

2

163 159

14 12 16 18 2 hν эВ

20 40 60 80

100 120 140

I КЛ

в от

н е

д

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 77 К при температуре 77 К

12 12 16 18 hν эВ

20

40

60

80

100

120

140

I КЛ в

отн

ед

2

1

Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в AgAg33InIn55SeSe99 вакууме вакууме

20 40 60 80 100

Влажность η

10-9

10-8

10-7

Эле

ктро

пров

одно

сть

Ом

middotсм

Электрическая схема предварительного усилителя тока Электрическая схема предварительного усилителя тока проходящего через датчик влажности проходящего через датчик влажности

T1

R2 R3

T2

K K

R1

Б Б Э Э

9 В

Влагочувствительный элемент

Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных носителей (дырок) в носителей (дырок) в AgAg33InIn55SeSe99

21 23 25 lgT K

25

26

27

28

lgμ D

см

2 middotВ-1

middotс-1

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вв Ag Ag33InIn55SeSe99

200 300 400 500 600 T K

1

2

3

α m

BK

Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с

λ=105 мкмλ=105 мкм

lgI ф

в о

тн е

д

200 250 300 T K

10

20

30

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Температурная зависимость удельной электропроводности Температурная зависимость удельной электропроводности монокристаллического образцамонокристаллического образца AgInAgIn55SS88

2 3 4 5 6 103T K

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

ln σ

(О

м-1

middotсм

-1)

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вТемпературная зависимость дифференциальной термо-эдс в AgInAgIn55SS88

300

500

TK

200

100

350 200

Спектры фототока вСпектры фототока в AgInAgIn55SS88 при 200 (1) и 300 К (2) при 200 (1) и 300 К (2)

10 12 08 06

1

04

2

206 эВ

165эВ

302 эВ

λ мкм

I ф в

от

не

д 167эВ

Рис 5 Спектры фототока в AgIn5S8 при температуре 200 (1) и 300 К (2)

180 200 220 T K

10

20

I TC

T в

отн

ед

ГдеГде ℓ -ℓ - длина полупроводника длина полупроводника S - S - поперечное сечение полупроводника поперечное сечение полупроводника μμ - - подвижность электронов подвижность электронов e - e - заряд электроназаряд электрона

1

2 3

4

5

6 7

8

NeS

lR

0

ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе AgInAgIn55SS88

15

мк

Ад

ел

U

1

1

2

2

3

3

4

4

2 Вдел

I

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 42 К при температуре 42 К

а) 032

026

145 135

161

ΔЕg=171 эВ 0167

1

2

163 159

14 12 16 18 2 hν эВ

20 40 60 80

100 120 140

I КЛ

в от

н е

д

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 77 К при температуре 77 К

12 12 16 18 hν эВ

20

40

60

80

100

120

140

I КЛ в

отн

ед

2

1

Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в AgAg33InIn55SeSe99 вакууме вакууме

20 40 60 80 100

Влажность η

10-9

10-8

10-7

Эле

ктро

пров

одно

сть

Ом

middotсм

Электрическая схема предварительного усилителя тока Электрическая схема предварительного усилителя тока проходящего через датчик влажности проходящего через датчик влажности

T1

R2 R3

T2

K K

R1

Б Б Э Э

9 В

Влагочувствительный элемент

Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных носителей (дырок) в носителей (дырок) в AgAg33InIn55SeSe99

21 23 25 lgT K

25

26

27

28

lgμ D

см

2 middotВ-1

middotс-1

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вв Ag Ag33InIn55SeSe99

200 300 400 500 600 T K

1

2

3

α m

BK

Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с

λ=105 мкмλ=105 мкм

lgI ф

в о

тн е

д

200 250 300 T K

10

20

30

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вТемпературная зависимость дифференциальной термо-эдс в AgInAgIn55SS88

300

500

TK

200

100

350 200

Спектры фототока вСпектры фототока в AgInAgIn55SS88 при 200 (1) и 300 К (2) при 200 (1) и 300 К (2)

10 12 08 06

1

04

2

206 эВ

165эВ

302 эВ

λ мкм

I ф в

от

не

д 167эВ

Рис 5 Спектры фототока в AgIn5S8 при температуре 200 (1) и 300 К (2)

180 200 220 T K

10

20

I TC

T в

отн

ед

ГдеГде ℓ -ℓ - длина полупроводника длина полупроводника S - S - поперечное сечение полупроводника поперечное сечение полупроводника μμ - - подвижность электронов подвижность электронов e - e - заряд электроназаряд электрона

1

2 3

4

5

6 7

8

NeS

lR

0

ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе AgInAgIn55SS88

15

мк

Ад

ел

U

1

1

2

2

3

3

4

4

2 Вдел

I

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 42 К при температуре 42 К

а) 032

026

145 135

161

ΔЕg=171 эВ 0167

1

2

163 159

14 12 16 18 2 hν эВ

20 40 60 80

100 120 140

I КЛ

в от

н е

д

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 77 К при температуре 77 К

12 12 16 18 hν эВ

20

40

60

80

100

120

140

I КЛ в

отн

ед

2

1

Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в AgAg33InIn55SeSe99 вакууме вакууме

20 40 60 80 100

Влажность η

10-9

10-8

10-7

Эле

ктро

пров

одно

сть

Ом

middotсм

Электрическая схема предварительного усилителя тока Электрическая схема предварительного усилителя тока проходящего через датчик влажности проходящего через датчик влажности

T1

R2 R3

T2

K K

R1

Б Б Э Э

9 В

Влагочувствительный элемент

Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных носителей (дырок) в носителей (дырок) в AgAg33InIn55SeSe99

21 23 25 lgT K

25

26

27

28

lgμ D

см

2 middotВ-1

middotс-1

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вв Ag Ag33InIn55SeSe99

200 300 400 500 600 T K

1

2

3

α m

BK

Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с

λ=105 мкмλ=105 мкм

lgI ф

в о

тн е

д

200 250 300 T K

10

20

30

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Спектры фототока вСпектры фототока в AgInAgIn55SS88 при 200 (1) и 300 К (2) при 200 (1) и 300 К (2)

10 12 08 06

1

04

2

206 эВ

165эВ

302 эВ

λ мкм

I ф в

от

не

д 167эВ

Рис 5 Спектры фототока в AgIn5S8 при температуре 200 (1) и 300 К (2)

180 200 220 T K

10

20

I TC

T в

отн

ед

ГдеГде ℓ -ℓ - длина полупроводника длина полупроводника S - S - поперечное сечение полупроводника поперечное сечение полупроводника μμ - - подвижность электронов подвижность электронов e - e - заряд электроназаряд электрона

1

2 3

4

5

6 7

8

NeS

lR

0

ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе AgInAgIn55SS88

15

мк

Ад

ел

U

1

1

2

2

3

3

4

4

2 Вдел

I

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 42 К при температуре 42 К

а) 032

026

145 135

161

ΔЕg=171 эВ 0167

1

2

163 159

14 12 16 18 2 hν эВ

20 40 60 80

100 120 140

I КЛ

в от

н е

д

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 77 К при температуре 77 К

12 12 16 18 hν эВ

20

40

60

80

100

120

140

I КЛ в

отн

ед

2

1

Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в AgAg33InIn55SeSe99 вакууме вакууме

20 40 60 80 100

Влажность η

10-9

10-8

10-7

Эле

ктро

пров

одно

сть

Ом

middotсм

Электрическая схема предварительного усилителя тока Электрическая схема предварительного усилителя тока проходящего через датчик влажности проходящего через датчик влажности

T1

R2 R3

T2

K K

R1

Б Б Э Э

9 В

Влагочувствительный элемент

Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных носителей (дырок) в носителей (дырок) в AgAg33InIn55SeSe99

21 23 25 lgT K

25

26

27

28

lgμ D

см

2 middotВ-1

middotс-1

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вв Ag Ag33InIn55SeSe99

200 300 400 500 600 T K

1

2

3

α m

BK

Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с

λ=105 мкмλ=105 мкм

lgI ф

в о

тн е

д

200 250 300 T K

10

20

30

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

180 200 220 T K

10

20

I TC

T в

отн

ед

ГдеГде ℓ -ℓ - длина полупроводника длина полупроводника S - S - поперечное сечение полупроводника поперечное сечение полупроводника μμ - - подвижность электронов подвижность электронов e - e - заряд электроназаряд электрона

1

2 3

4

5

6 7

8

NeS

lR

0

ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе AgInAgIn55SS88

15

мк

Ад

ел

U

1

1

2

2

3

3

4

4

2 Вдел

I

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 42 К при температуре 42 К

а) 032

026

145 135

161

ΔЕg=171 эВ 0167

1

2

163 159

14 12 16 18 2 hν эВ

20 40 60 80

100 120 140

I КЛ

в от

н е

д

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 77 К при температуре 77 К

12 12 16 18 hν эВ

20

40

60

80

100

120

140

I КЛ в

отн

ед

2

1

Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в AgAg33InIn55SeSe99 вакууме вакууме

20 40 60 80 100

Влажность η

10-9

10-8

10-7

Эле

ктро

пров

одно

сть

Ом

middotсм

Электрическая схема предварительного усилителя тока Электрическая схема предварительного усилителя тока проходящего через датчик влажности проходящего через датчик влажности

T1

R2 R3

T2

K K

R1

Б Б Э Э

9 В

Влагочувствительный элемент

Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных носителей (дырок) в носителей (дырок) в AgAg33InIn55SeSe99

21 23 25 lgT K

25

26

27

28

lgμ D

см

2 middotВ-1

middotс-1

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вв Ag Ag33InIn55SeSe99

200 300 400 500 600 T K

1

2

3

α m

BK

Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с

λ=105 мкмλ=105 мкм

lgI ф

в о

тн е

д

200 250 300 T K

10

20

30

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

ГдеГде ℓ -ℓ - длина полупроводника длина полупроводника S - S - поперечное сечение полупроводника поперечное сечение полупроводника μμ - - подвижность электронов подвижность электронов e - e - заряд электроназаряд электрона

1

2 3

4

5

6 7

8

NeS

lR

0

ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе AgInAgIn55SS88

15

мк

Ад

ел

U

1

1

2

2

3

3

4

4

2 Вдел

I

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 42 К при температуре 42 К

а) 032

026

145 135

161

ΔЕg=171 эВ 0167

1

2

163 159

14 12 16 18 2 hν эВ

20 40 60 80

100 120 140

I КЛ

в от

н е

д

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 77 К при температуре 77 К

12 12 16 18 hν эВ

20

40

60

80

100

120

140

I КЛ в

отн

ед

2

1

Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в AgAg33InIn55SeSe99 вакууме вакууме

20 40 60 80 100

Влажность η

10-9

10-8

10-7

Эле

ктро

пров

одно

сть

Ом

middotсм

Электрическая схема предварительного усилителя тока Электрическая схема предварительного усилителя тока проходящего через датчик влажности проходящего через датчик влажности

T1

R2 R3

T2

K K

R1

Б Б Э Э

9 В

Влагочувствительный элемент

Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных носителей (дырок) в носителей (дырок) в AgAg33InIn55SeSe99

21 23 25 lgT K

25

26

27

28

lgμ D

см

2 middotВ-1

middotс-1

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вв Ag Ag33InIn55SeSe99

200 300 400 500 600 T K

1

2

3

α m

BK

Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с

λ=105 мкмλ=105 мкм

lgI ф

в о

тн е

д

200 250 300 T K

10

20

30

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе ВАХ различных (1 2 3 4) гомопереходов на основе AgInAgIn55SS88

15

мк

Ад

ел

U

1

1

2

2

3

3

4

4

2 Вдел

I

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 42 К при температуре 42 К

а) 032

026

145 135

161

ΔЕg=171 эВ 0167

1

2

163 159

14 12 16 18 2 hν эВ

20 40 60 80

100 120 140

I КЛ

в от

н е

д

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 77 К при температуре 77 К

12 12 16 18 hν эВ

20

40

60

80

100

120

140

I КЛ в

отн

ед

2

1

Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в AgAg33InIn55SeSe99 вакууме вакууме

20 40 60 80 100

Влажность η

10-9

10-8

10-7

Эле

ктро

пров

одно

сть

Ом

middotсм

Электрическая схема предварительного усилителя тока Электрическая схема предварительного усилителя тока проходящего через датчик влажности проходящего через датчик влажности

T1

R2 R3

T2

K K

R1

Б Б Э Э

9 В

Влагочувствительный элемент

Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных носителей (дырок) в носителей (дырок) в AgAg33InIn55SeSe99

21 23 25 lgT K

25

26

27

28

lgμ D

см

2 middotВ-1

middotс-1

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вв Ag Ag33InIn55SeSe99

200 300 400 500 600 T K

1

2

3

α m

BK

Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с

λ=105 мкмλ=105 мкм

lgI ф

в о

тн е

д

200 250 300 T K

10

20

30

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 42 К при температуре 42 К

а) 032

026

145 135

161

ΔЕg=171 эВ 0167

1

2

163 159

14 12 16 18 2 hν эВ

20 40 60 80

100 120 140

I КЛ

в от

н е

д

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 77 К при температуре 77 К

12 12 16 18 hν эВ

20

40

60

80

100

120

140

I КЛ в

отн

ед

2

1

Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в AgAg33InIn55SeSe99 вакууме вакууме

20 40 60 80 100

Влажность η

10-9

10-8

10-7

Эле

ктро

пров

одно

сть

Ом

middotсм

Электрическая схема предварительного усилителя тока Электрическая схема предварительного усилителя тока проходящего через датчик влажности проходящего через датчик влажности

T1

R2 R3

T2

K K

R1

Б Б Э Э

9 В

Влагочувствительный элемент

Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных носителей (дырок) в носителей (дырок) в AgAg33InIn55SeSe99

21 23 25 lgT K

25

26

27

28

lgμ D

см

2 middotВ-1

middotс-1

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вв Ag Ag33InIn55SeSe99

200 300 400 500 600 T K

1

2

3

α m

BK

Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с

λ=105 мкмλ=105 мкм

lgI ф

в о

тн е

д

200 250 300 T K

10

20

30

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Спектр катодолюминесценции в Спектр катодолюминесценции в AgInAgIn55SS88 при температуре 77 К при температуре 77 К

12 12 16 18 hν эВ

20

40

60

80

100

120

140

I КЛ в

отн

ед

2

1

Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в AgAg33InIn55SeSe99 вакууме вакууме

20 40 60 80 100

Влажность η

10-9

10-8

10-7

Эле

ктро

пров

одно

сть

Ом

middotсм

Электрическая схема предварительного усилителя тока Электрическая схема предварительного усилителя тока проходящего через датчик влажности проходящего через датчик влажности

T1

R2 R3

T2

K K

R1

Б Б Э Э

9 В

Влагочувствительный элемент

Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных носителей (дырок) в носителей (дырок) в AgAg33InIn55SeSe99

21 23 25 lgT K

25

26

27

28

lgμ D

см

2 middotВ-1

middotс-1

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вв Ag Ag33InIn55SeSe99

200 300 400 500 600 T K

1

2

3

α m

BK

Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с

λ=105 мкмλ=105 мкм

lgI ф

в о

тн е

д

200 250 300 T K

10

20

30

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в Температурная зависимость электропроводности тонких пленок в AgAg33InIn55SeSe99 вакууме вакууме

20 40 60 80 100

Влажность η

10-9

10-8

10-7

Эле

ктро

пров

одно

сть

Ом

middotсм

Электрическая схема предварительного усилителя тока Электрическая схема предварительного усилителя тока проходящего через датчик влажности проходящего через датчик влажности

T1

R2 R3

T2

K K

R1

Б Б Э Э

9 В

Влагочувствительный элемент

Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных носителей (дырок) в носителей (дырок) в AgAg33InIn55SeSe99

21 23 25 lgT K

25

26

27

28

lgμ D

см

2 middotВ-1

middotс-1

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вв Ag Ag33InIn55SeSe99

200 300 400 500 600 T K

1

2

3

α m

BK

Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с

λ=105 мкмλ=105 мкм

lgI ф

в о

тн е

д

200 250 300 T K

10

20

30

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Электрическая схема предварительного усилителя тока Электрическая схема предварительного усилителя тока проходящего через датчик влажности проходящего через датчик влажности

T1

R2 R3

T2

K K

R1

Б Б Э Э

9 В

Влагочувствительный элемент

Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных носителей (дырок) в носителей (дырок) в AgAg33InIn55SeSe99

21 23 25 lgT K

25

26

27

28

lgμ D

см

2 middotВ-1

middotс-1

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вв Ag Ag33InIn55SeSe99

200 300 400 500 600 T K

1

2

3

α m

BK

Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с

λ=105 мкмλ=105 мкм

lgI ф

в о

тн е

д

200 250 300 T K

10

20

30

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных Температурная зависимость дрейфовой подвижности неосновных носителей (дырок) в носителей (дырок) в AgAg33InIn55SeSe99

21 23 25 lgT K

25

26

27

28

lgμ D

см

2 middotВ-1

middotс-1

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вв Ag Ag33InIn55SeSe99

200 300 400 500 600 T K

1

2

3

α m

BK

Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с

λ=105 мкмλ=105 мкм

lgI ф

в о

тн е

д

200 250 300 T K

10

20

30

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс Температурная зависимость дифференциальной термо-эдс вв Ag Ag33InIn55SeSe99

200 300 400 500 600 T K

1

2

3

α m

BK

Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с

λ=105 мкмλ=105 мкм

lgI ф

в о

тн е

д

200 250 300 T K

10

20

30

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с Температурная зависимость фототока при возбуждении излучением с

λ=105 мкмλ=105 мкм

lgI ф

в о

тн е

д

200 250 300 T K

10

20

30

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Спектры фототока в Спектры фототока в AgAg33InIn55SeSe99 при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash при 210 К Е 1 ndash 40 2 ndash 100 3 ndash 318 4 ndash 500 500

hν эВ

I ф в

отн

ед

10 20

20

40

60

1 2

3

4

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=213 К Е=600 ) Т=213 К Е=600 Всм λ=1135 мкм Всм λ=1135 мкм бб) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм) Т=213 К Е=600 Всм λ=1130 мкм

aa) ) бб))

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 аа) Т=205 К Е=460 ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1190 мкм Всм λ=1190 мкм бб) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм ) Т=205 К Е=460 Всм λ=1120 мкм

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

1500 1600 1700 1800 1900 λ нм

25

50

75

100

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ=1680 мкм λ=1680 мкм Е=600 Всм Т=210 КЕ=600 Всм Т=210 К

аа) ) I=II=I00

бб) ) I=4II=4I00

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

560 600 640 680 E Rсм

25

50

75

100

λ=170 мкм

ν с

-1

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

aa) ) бб))

Осциллограмма колебаний тока в Осциллограмма колебаний тока в AgAg33InIn55SeSe99 λ λgtgt11700700 мкм мкм

аа) ) I=9II=9I00

бб) ) I=16II=16I00

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

D

I

049 эВ

073 эВ

II

13 эВ

149 эВ

III

a) GaAs

D I

043 эВ

006 012

IV

073 эВ

II

109 эВ 122 эВ

III

б) Ag3In5Se9

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Типичные спектры катодолюминесценцииТипичные спектры катодолюминесценции Ag Ag33InIn55SeSe99 при при температуре 77 и 300 К температуре 77 и 300 К

10 11 12 13 hν эВ

200

400 I к

л в

отн

ед

1

3

2

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Спектры катодолюминесценции Спектры катодолюминесценции AgAg33InIn55SeSe99 при температуре при температуре жидкого гелия Ток потока электронов ndash жидкого гелия Ток потока электронов ndash II 1 ndash 02 мкА 2 ndash 1 ndash 02 мкА 2 ndash

04 мкА 3 ndash 2 мкА 04 мкА 3 ndash 2 мкА

11 12 13 14 hν эВ

200

400

600

I кл

в о

тн е

д

3

2

1

1100 3

2

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Зависимость фототока созданного светом лампы Зависимость фототока созданного светом лампы накаливания от температуры в образцах laquoАraquo накаливания от температуры в образцах laquoАraquo

200 300 400 500 T K

01

03

05

I ф в

отн

ед

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Температурная зависимость фототока при высоком уровне Температурная зависимость фототока при высоком уровне возбуждения в образцах laquoАraquoвозбуждения в образцах laquoАraquo

250 300 400 T K

10

20

30

I ф в

отн

ед

350

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного Спектры фотопроводимости образцов laquoАraquo после лазерного отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3) отжигаТри температурах 256 (1) 289 (2) и 360 К (3)

14 16 18 20 hν эВ

20

40

60

80

I ф в

отн

ед

3

2

1

22

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo Типичная спектральная зависимость фототока образцов laquoВraquo ndashndash Cu Cu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

13 14 15 16 17 18 hν эВ

100

200

300

400

500

I ф м

кА

I ф м

кА

200

1

1

400

600

800

1100

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo Температурные зависимости фототока монокристаллов laquoВraquo ndash ndash CuCu33GaGa55SeSe99 до (1) и после (1) лазерного отжига до (1) и после (1) лазерного отжига

250 270 290 310 330 350 370 390 410 T K

10

20

30

40

50 I ф

times10

2 мкА

I фtimes

102 м

кА

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

1

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока Температурная зависимость времени жизни неосновных носителей тока в образцах серии laquoАraquo в образцах серии laquoАraquo аа ndash зависимость фототока от времени после ndash зависимость фототока от времени после

светового удара импульсной лампы ИСШ-100 светового удара импульсной лампы ИСШ-100

150 250 350 450 T K

20

40

60

80

100

120

-02

02

00

04

06

08

lg I

ф в

отн

ед

а τ м

кс

τ мкс 1 3

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним Осциллограмма кинетики фототока вызванного одним импульсом лазерного излучения импульсом лазерного излучения

05 мксдел t

U 0

05

Вд

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле Люкс-амперная характеристика фототока в монокристалле CuCu33GaGa55SeSe99 а) а) при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением при низком уровне возбуждения б) при возбуждении излучением

неодимового лазера в) схема энергетических переходов неодимового лазера в) схема энергетических переходов

100 101 102 103

фотонсм2middotс а)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2

104

а)

1021 1022 1023 1024

фотонсм2middotс б)

101

102

103

Δσ ф

в о

тн е

д

1

2 104

16

145 1

3

2

4

в)

ЕС

Nr

ЕV

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах Спектры фототока образцов laquoСraquo отожженных в парах селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300селена Т К 1 ndash 100 2 ndash 300

13 15 17 19 21 hυ эВ

2800

1

2

3

4

200

600

1000

1400

1800

2200

2600 I ф

мкА

2

1

200

13

I ф м

кА

22

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Температурная зависимость фототока образцов отожженных Температурная зависимость фототока образцов отожженных в парах селенав парах селена

250

I ф в

отн

ед

300 350 400 K T

05

10

15

20

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при низких при низких уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

t сек

4 3

2

1

Свет выкл

2

4

6

8

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash Кинетика фототока образцов laquoСraquo ndash CuCu33GaGa55SeSe99 при высоких при высоких

уровнях возбуждения уровнях возбуждения

Уровень темнового тока

0 30 60 90 120

Свет вкл

I ф в

отн

ед

5 8 7 6

150 t сек

Свет выкл

2

4

6

8

10

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Спектральная зависимость интенсивности Спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции монкристалла фотолюминесценции монкристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 85 К при 85 К

выращенного методом медленного охлаждения расплава выращенного методом медленного охлаждения расплава

hυ эВ

150

100

50

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

L

K E

B C

D

A

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла Спектральная зависимость фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 310 К выращенного методом медленного охлаждения при 310 К выращенного методом медленного охлаждения

300 K

L

500

400

300

200

100

A

B C

D

M E

K

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

r

eEEErh DAg

0

2

4

dR

rWrW exp0

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Спектры фотолюминесценции монокристалла Спектры фотолюминесценции монокристалла CuCu33GaGa55SeSe99 при 365 и 402 К при 365 и 402 К выращенного методом медленного охлаждения выращенного методом медленного охлаждения

hυ эВ

200

400

600

10 14 18

I фл

в о

тн е

д

1

2

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

I фл

в о

тн е

д

10 14 18 hυ эВ

10

20

30

1

2

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Спектр ФП Спектр ФП CuCu33InIn55SeSe99 при 77 (2 3) и 300К (1) при 77 (2 3) и 300К (1)

08 10 12 14 16 hν эВ

05

10

15

20

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

Фот

опро

води

мос

ть в

отн

ед

2

4

6

1

2

3

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

при 130 (1) и 300 (2) Кпри 130 (1) и 300 (2) К

hν

8

6

4

1-300 К

2

2-130 К

1

2

2 15 1

αmiddot10

ndash 4 в

отн

ед

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Спектры коэффициента поглощения тонких пленок Спектры коэффициента поглощения тонких пленок CuCu33InIn55SeSe99

отожженных в парах селенаотожженных в парах селена

α10

3 см

-1

09 10 11 12 13 14 эВ hυ

10

15

5

1

2

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

10 14 18 hν эВ

114 150

1354 1272

1515

1065

114

13233

12683

1

2

2

4

6

I фл

в о

тн ед

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Спектры фотолюминесценции образца Спектры фотолюминесценции образца CuCu33InIn55SeSe99 при возбуждении при возбуждении излучением лазера со средней мощностью 08 Вт излучением лазера со средней мощностью 08 Вт

10 78

12 14 16 hν эВ

2

1

0993

1278

1032

1 ndash 160 К

2 ndash 210 К

2 78

4 78

6 78

I фл

в п

роиз

ед

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

10 14 18 hν эВ

2

4

6

8

I фл

в о

тн е

д

2

1

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

10 12 14 16 18 20 hν эВ

5

10

I фл

в о

тн е

д

3

2

1

Спектры фотолюминесценции Спектры фотолюминесценции CuCu33GaGa55SS99

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Спектр фотопроводимости кристаллов Спектр фотопроводимости кристаллов CuCu33GaGa55SS99 1 ndash 300 К 2 ndash 1 ndash 300 К 2 ndash 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К 410 К 3 ndash 475 К 4 ndash 500 К

16 18 20 22 24 26 hν эВ

5

10

15

20

I ф в

отн

ед

1

2

3

4

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

300 400 500 T K

300 400 500 T K

05

10

10

05

I ф м

кА

I ф м

кА

1

2

3

3

1

2

а)

б)

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Температурная зависимость времени жизни неравновесных Температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда вносителей заряда в Cu Cu33GaGa55SS99

300 400 500 T K

50

60

70

τ м

кс

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-p-GaSe-GaSe

1 2 3 4 5 V B

-1 -2 -3 -4 -5

-1

-2

1

2

3

4

5

I м

А

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Спектр фотоотклика гетеропереходаСпектр фотоотклика гетероперехода p-CuInSe p-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

1 15 20 25 hν эВ

1

2

3

times10

ΔI ф

0 в

отн

ед

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода Воль-фарадная характеристика изотипного гетероперехода p- p-CuInSeCuInSe22-p-GaSe-p-GaSe

0 02 04 06 08 V B

-02

10

20

1C

2 пф

-2

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода p-CuInSep-CuInSe22-p-GaSe-p-GaSe при темноте (1) и освещении при темноте (1) и освещении солнечным излучением АМ1 (2) солнечным излучением АМ1 (2)

V

I

1

2

p-GaSe

p-CuInSe2

10 Вдел

100 nAдел

hν

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

ВАХ структуры металл-ВАХ структуры металл-nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (1) и -металл (1) и

металл-металл-nn--SiSi--nn+-+-ZnOZnO--pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO-металл (2)-металл (2)

n-ZnO-p- -CuInSe2

02 мкАдел

2 Vдел V

I

2

2

1

1

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода pp--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO при освещении при условии при освещении при условии АМ1 АМ1

мкА

30

В

V

I

Im

10

5

01 02 04 05

5

10

20

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Спектр фото-эдс гетероструктурыСпектр фото-эдс гетероструктуры p p--CuInSeCuInSe22--nn--ZnOZnO

V

mV

h 15 25 2 1

50

100

эВ

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на Энергетическая диаграмма (а) и ВАХ (б) гетероперехода выращенного на монокристаллических кремниевых подложкахмонокристаллических кремниевых подложках

20 мкАдел

2 Вдел

2 Вдел

20 мкАдел

+ ZnO

I=0

1

2 3

4

Si Cu3Ga5Se9

ZnO

Eg2

VD2

Eg1

Ec

VD1

a)

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Спектр фотоотклика гетероперехода Спектр фотоотклика гетероперехода n-ZnO-n-Cun-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe99 при комнатной при комнатной температуретемпературе

times100

мкА

25

20

15

10

5

1 14 18 эВ h

J Ф0

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

ВАХ гетероперехода ВАХ гетероперехода n-Cun-Cu33GaGa55SeSe99-n-CdS-n-CdS при температуре 77 К при температуре 77 К

J

V 100 Вдел

50 мкАдел

n-Cu3Ga5Se9 -n-CdS

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

ВАХ изотипного гетеропереходаВАХ изотипного гетероперехода n-ZnO-n-Cu n-ZnO-n-Cu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на выращенного на монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении монокристаллической кремниевой подложке при темноте и освещении

свет

n - Si

hν CuGaSe 065 Te 135 ZnO

20 мкА дел

05 В дел

темн

V

I

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) гетероперехода n-ZnO-n-n-ZnO-n-CuCu33GaGa55SeSe065065TeTe135135 выращенного на монокристаллической кремниевой выращенного на монокристаллической кремниевой

подложке подложке

V B 0 02 02 04 -02 -04

2

4

6

8

10

1C

2

ZnO

пф2times103

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Тройные полупроводниковые соединения типа Тройные полупроводниковые соединения типа AAIIBBIIIIIICCVIVI22

(халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений (халькопириты) являются изоструктурными аналогами соединений AAIIIIBBVIVI одним из представителей которых является соединение одним из представителей которых является соединение CdSCdS Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры Фактор расхождения между параметрами кристаллической структуры CdSCdS и структуры кристаллов представителей класса и структуры кристаллов представителей класса AAIIBBIIIIIICCVIVI

22 составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений составлял более 5 Однако твердые ратворы двух соединений CuGaSeCuGaSe22 и и CuGaTeCuGaTe22 по параметрам кристаллической структуры очень по параметрам кристаллической структуры очень приближаются к кристаллу приближаются к кристаллу CdSCdS Например фактор расхождения Например фактор расхождения между структурами кристаллов между структурами кристаллов CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 и и CdSCdS составляет составляет около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры около 1 Исходя из этих соображений получены гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры этих соединений которые являются изотипными Гетероструктуры полученны в следующей последовательности На стеклянную полученны в следующей последовательности На стеклянную подложку с проводящим слоем из подложку с проводящим слоем из InIn22OO33 с температурой 210 К был с температурой 210 К был осажден слой осажден слой CuGaSeCuGaSe065065TeTe135135 толщиной 10 мкм Затем сверху толщиной 10 мкм Затем сверху напыляли слой напыляли слой CdSCdS также толщиной 15-20 мкм На открытую также толщиной 15-20 мкм На открытую поверхность слоя поверхность слоя CdSCdS наносили омический контакт из серебряной наносили омический контакт из серебряной пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для пасты ВАХ описывается формулой выведенной Андерсоном для изотипных переходовизотипных переходов

kT

qV

kT

qV

kT

qVBI D 122 expexpexp

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и Разработана технология получения тонких пленок конгруэнтно и

инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем инконгруэнтно плавящихся полупроводниковых соединений путем термического испарения размельченных пылинок вещества при термического испарения размельченных пылинок вещества при отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и отсутствии контакта его с испарителем а также изготовлены гомо- и гетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидовгетеропереходы на основе тонких пленок тройных халькогенидов

Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической Методом Крамера-Кронига вычислены мнимая часть диэлектрической проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений проницаемости и функция потери энергии от максимальных значений частоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллахчастоты поперечных и продольных оптических мод в монокристаллах CuCu33GaGa55SeSe99 CuCu33GaGa55SS99 CuCu33InIn55SeSe99 CuCu33InIn55SS99 CuInSeCuInSe22 Cu Cu33InIn55SS99 AgAg33GaGa55SS9 9

AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99 Показано что постоянные силы связи атомов Показано что постоянные силы связи атомов уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных уменьшается при замене атомов галлия атомами индия в изученных кристаллахкристаллах

В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле В интервале температуры 200 ndash 220 К в монокристалле AgAg33InIn55SeSe99 в в направлении перпендикулярном кристаллографической оси направлении перпендикулярном кристаллографической оси C C обнаружена обнаружена осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим осцилляция тока стимулированная Ик излучением и электрическим полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в полем Установлено что низкочастотные колебания фототока в AgAg33InIn55SeSe99 обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и обусловлены полевой зависимостью сечения захвата уровня прилипания и перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а перезарядкой рекомбинационных центров ИК-излучением а высокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектомвысокочастотная осцилляция тока ndash акустоэлектрическим эффектом

Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна Построена энергетическая зонная диаграмма в центре зоны Бриллюэна монокристалла монокристалла AgInAgIn55SS88 обладающего шпинельной дефектной структурой обладающего шпинельной дефектной структурой Показано что под действием мощного лазерного излучения в Показано что под действием мощного лазерного излучения в полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы полупроводниках содержащих катионные или анионные вакантные узлы в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической в кристаллической решетке происходит инверсия типа электрической проводимостипроводимости

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Вакансия селена в стехиометрическом составе Вакансия селена в стехиометрическом составе CuCu33GaGa55SeSe99 создает донорный создает донорный уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные уровень с глубиной залегания от дна зоны проводимости 012 эВ а катионные вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора вакасии ndash акцепторные уровни которые играют роль активатора фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фотопроводимости в интервале температуры 200 ndash 350 К Неуклонный рост фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К фоточувствительности с увеличением температуры в интервале 200 ndash 400 К происходит также в монокристаллах происходит также в монокристаллах CuCu33GaGa55SS99 AgAg33InIn55SeSe99 AgAg33GaGa55SeSe99

В результате термического отжига монокристаллов В результате термического отжига монокристаллов CuCu33GaGa55SeSe99 в парах селена в парах селена атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в атомы селена замещают вакантные анионные узлы и междоузлия в кристаллической структуре После лазерного отжига кристаллической структуре После лазерного отжига n-n-CuCu33GaGa55SeSe99 превращаются превращаются в в p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 На основе монокристалла На основе монокристалла p-p-CuCu33GaGa55SeSe99 изготовлены фоторезисторы изготовлены фоторезисторы обладающие временем релаксации импульса ~ 10обладающие временем релаксации импульса ~ 10-7-7 с с

На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены На спектрах фото- и катодолюминесценции тройных халькогенидов выявлены полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и полосы излучения обусловленные в основном донорно-акцепторными и межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-межзонными рекомбинациями неравновесных электронов Донорно-акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями акцепторные пары порождаются анион-катионными вакансиями кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и кристаллической решетки Среднее расстояние между акцепторными и донорными центрами в донорными центрами в CuCu33GaGa55SS99 составляет 20 нм составляет 20 нм

Электрическая проводимость в тонких пленках соединения Электрическая проводимость в тонких пленках соединения AgAg33GaGa55SS99 в основном в основном обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности обусловлена поверхностной проводимостью которая зависит от влажности окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок окружающей среды Изготовлены датчики влажности на основе тонких пленок AgAg33GaGa55SS99 для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в для измерения влажности атмосферы и определения количества воды в очень малом содержании в составе органических жидкостейочень малом содержании в составе органических жидкостей

Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений Фоточувствительная гетероструктура эпитаксиальных слоев соединений ZnOZnO и и CuCu33GaGa55SeSe99 обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из обладает диодной характеристикой и в сочетании со светодиодом из GaAs GaAs ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления ее можно использовать в изготовлении оптрона для управления элементами тока в электрических цепяхэлементами тока в электрических цепях

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества

Изготовленная гетероструктура Изготовленная гетероструктура p-Cu3In5Se9n-ZnO обладает высообладает высо--кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного кой фоточувствительностью в области спектра электромагнитного излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной излучения 1 ndash 25 мкм Эффективность преобразования солнечной энергии данной гетероструктуры достигает 93 энергии данной гетероструктуры достигает 93

Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах Высокие уровни тока обратного смещения в гетероструктурах тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической тройных и двойных халькогенидов обусловлены химической активностью халькогена при формировании гетероструктуры активностью халькогена при формировании гетероструктуры методом термического испарения вещества методом термического испарения вещества