Електричні властивості і енергетичні параметри фото-чутливих гетероструктур n-Mn2O3/n-CdZnTe

I.G. Orlets’kyi; M.I. Ilashchuk; E.V. Maistruk; H.P. Parkhomenko; P.D. Maryanchuk

doi:10.15407/ujpe66.9.792

Електричні властивості і енергетичні параметри фото-чутливих гетероструктур n-Mn2O3/n-CdZnTe

Автор(и)

I.G. Orlets’kyi Yu. Fed’kovich National University of Chernivtsi https://orcid.org/0000-0001-5202-8353
M.I. Ilashchuk Yu. Fed’kovich National University of Chernivtsi https://orcid.org/0000-0002-7618-0437
E.V. Maistruk Yu. Fed’kovich National University of Chernivtsi https://orcid.org/0000-0002-9025-6485
H.P. Parkhomenko Yu. Fed’kovich National University of Chernivtsi https://orcid.org/0000-0001-5358-1505
P.D. Maryanchuk Yu. Fed’kovich National University of Chernivtsi https://orcid.org/0000-0002-5523-4280

DOI:

https://doi.org/10.15407/ujpe66.9.792

Ключові слова:

тонка плiвка, спрей-пiролiз, гетероструктура, енергетична дiаграма, фотодiод

Анотація

Дослiджено умови виготовлення фотодiодних iзотипних гетероструктур n-Mn₂O₃/n-CdZnTe методом спрей-пiролiзу тонких плiвок бiксбiту a-Mn₂O₃ на кристалiчнi пiд-кладинки n-CdZnTe. За температурними залежностями I-V -характеристик проаналiзовано механiзми тунелювання електронiв крiзь енергетичний бар’єр гетеропереходу при прямому та зворотному струмах. З’ясована роль енергетичних станiв на межi n-Mn₂O₃/n-CdZnTe у формуваннi параметрiв бар’єра. На основi C-V –характеристик встановлено динамiку змiни i взаємозв’язок ємнiсних параметрiв тонкої плiвки n-Mn₂O₃ та iнверсiйного шару n-CdZnTe. Представлено модель енергетичної дiаграми гетеропереходу n-Mn₂O₃/n-CdZnTe. Проаналiзовано фотоелектричнi властивостi гетероструктури.

Посилання

S.V. Ovsyannikov, A.M. Abakumov, A.A. Tsirlin, W. Schnelle, R. Egoavil, J. Verbeeck, G. Van Tendeloo, K.V. Glazyrin, M. Hanfland, L. Dubrovinsky. Perovskitelike Mn2O3: A path to new manganites. Angew. Chem. Int. Ed. 52, 1494 (2013).

https://doi.org/10.1002/anie.201208553

F. Hong, B. Yue, N. Hirao, Z. Liu, B. Chen. Significant improvement in Mn2O3 transition metal oxide electrical conductivity via high pressure. Sci. Rep. 7, 44078 (2017).

https://doi.org/10.1038/srep44078

M. Wang, M. Shen, L. Zhang, J. Tian, X. Jin, Y. Zhou, J. Shi. 2D-2D MnO2/g-C3N4 heterojunction photocatalyst: In-situ synthesis and enhanced CO2 reduction activity. Carbon 120, 23 (2017).

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2017.05.024

T. Yu, Y. Sun, C. Zhe, W. Wang, P. Rao. Synthesis of synthesis of CuOx/MnO2 heterostructures with enhanced

visible light-driven photocatalytic activity. J. Mater. Sci. Chem. Eng. 5, 12 (2017).

W. Ren, D. Liu, C. Sun, X. Yao, J. Tan, C. Wang, K. Zhao, X. Wang, Q. Li, L. Mai. Nonhierarchical heterostructured Fe2O3/Mn2O3 porous hollow spheres for enhanced lithium storage. Small 14, 1800659 (2018).

https://doi.org/10.1002/smll.201800659

S. Sharma, P. Chauhan, S. Husain. Structural and optical properties of Mn2O3 nanoparticles and its gas sensing applications. Adv. Mater. Proc. 1, 220 (2016).

https://doi.org/10.5185/amp.2016/220

R. Naeem, M. Ali Ehsan, R. Yahya, M. Sohail, H. Khaledi, M. Mazhar. Fabrication of pristine Mn2O3 and Ag-Mn2O3 composite thin films by AACVD for photoelectrochemical water splitting. Dalton Trans. 45, 14928 (2016).

https://doi.org/10.1039/C6DT02656G

H.D. Awad, A.K. Elttayef, A.L. Ressen, K.A. Ali. The effect of annealing on the structural and optical properties of Mn2O3 thin film prepared by chemical spray pyrolysis. Int. J. Sci. Res. 6, 291 (2017).

https://doi.org/10.21275/ART20178429

A.L. Fahrenbruch, R.H. Bube. Fundamentals of Solar Cells (Academic Press, 1983) [ISBN: 9780323145381].

https://doi.org/10.1016/B978-0-12-247680-8.50013-X

A. Ginsburg, D.A. Keller, H.-N. Barad, K. Rietwyk, Y. Bouhadana, A. Anderson, A. Zaban. One-step synthesis of crystalline Mn2O3 thin film by ultrasonic spray pyrolysis. Thin Solid Films 615, 261 (2016).

https://doi.org/10.1016/j.tsf.2016.06.050

Q. Javed, W. Feng-Ping, M.Y. Rafique, A.M. Toufiq, M.Z. Iqbal. Canted antiferromagnetic and optical properties of nanostructures of Mn2O3 prepared by hydrothermal synthesis. Chin. Phys. B 21, 117311 (2012).

https://doi.org/10.1088/1674-1056/21/11/117311

M. Chandra, S. Yadav, S. Rayaprol, K. Singh. Structural and impedance spectroscopy of a-Mn2O3. AIP Conf. Proc. 1942, 110023 (2018).

https://doi.org/10.1063/1.5029006

A. Ramirez, P. Hillebrand, D. Stellmach, M.M. May, P. Bogdanoff, S. Fiechter. Evaluation of MnOx, Mn2O3, and Mn3O4 electrodeposited films for the oxygen evolution reaction of water. J. Phys. Chem. C 118, 14073 (2014).

https://doi.org/10.1021/jp500939d

S. Pishdadian, A.M. Shariati Ghaleno. Influences of annealing temperature on the optical and structural properties of manganese oxide thin film by Zn doping from sol-gel technique. Acta Phys. Pol. A 123, 471 (2013).

https://doi.org/10.12693/APhysPolA.123.741

I.P. Koziarskyi, E.V. Maistruk, I.G. Orletsky, M.I. Ilashchuk, D.P. Koziarskyi, P.D. Marianchuk, M.M. Solovan, K.S. Ulyanytsky. Influence of properties of hematite films on electrical characteristics of isotype heterojunctions Fe2O3/n-CdTe. Semicond. Sci. Technol. 35, 025018 (2020).

https://doi.org/10.1088/1361-6641/ab6107

V.V. Khomyak, V.V. Brus, M.I. Ilashchuk, I.G. Orletsky, I.I. Shtepliuk, G.V. Lashkarev. Fabrication and properties of the photosensitive anisotype n-CdxZn1−xO/p-CdTe heterojunctions. Acta Phys. Pol. A 126, 1163 (2014.

https://doi.org/10.12693/APhysPolA.126.1163

I.G. Orletskyi, M.I. Ilashchuk, M.M. Solovan, P.D. Maryanchuk, E.V. Maistruk, G.O. Andrushchak. Effect of fabrication conditions on charge transport and photo-response of n-ITO/p-Cd1−xZnxTe heterojunctions. Mater. Res. Express 6, 086219 (2019).

https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab26f3

E.V. Maistruk, I.G. Orletsky, M.I. Ilashchuk, I.P. Koziarskyi, D.P. Koziarskyi, P.D. Marianchuk, O.A. Parfenyuk. Influence of heat treatment of the base material on the electrical properties of anisotyped heterojunctions n-ZnO : Al/p-CdZnTe. Semicond. Sci. Technol. 34, 045016 (2019).

https://doi.org/10.1088/1361-6641/ab0a1c

J.J. Kennedy, P.M. Amirtharaj, P.R. Boyd, S.B. Qadri, R.C. Dobbyn, G.G. Long. Growth and characterization of Cd1−xZnxTe and Hg1−yZnyTe. J. Cryst. Growth 86, 93 (1988).

https://doi.org/10.1016/0022-0248(90)90704-O

K. Guergouri, R. Triboulet, A. Tromson-Carli, Y. Marfaing. Solution hardening and dislocation density reduction in CdTe crystals by Zn addition. J. Cryst. Growth 86, 61 (1988).

https://doi.org/10.1016/0022-0248(90)90699-L

A. Ramirez, D. Friedrich, M. Kunst, S. Fiechter. Charge carrier kinetics in MnOx, Mn2O3 and Mn3O4 films for water oxidation. Chem. Phys. Lett. 568-569, 157 (2013).

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2013.03.054

L. Jayaselvan, C.G. Sambandam, C. Ravidhas, A.M.E. Raj. Effect of preparative parameters on structural, optical and electrical properties of Mn2O3 nanoparticles prepared via microwave assisted technique. Int. J. Sci. Res. Sci.

Technol. 3, 106 (2017).

I.G. Orletskii, P.D. Mar'yanchuk, E.V. Maistruk, M.N. Solovan, V.V. Brus. Low-temperature spray pyrolysis of FeS2 films and their electrical and optical properties. Phys. Solid State 58, 37 (2016).

https://doi.org/10.1134/S1063783416010224

I.G. Orletskyi, M.I. Ilashchuk, E.V. Maistruk, M.M. Solovan, P.D. Maryanchuk, S.V. Nichyi. Electrical properties of SIS heterostructures n-SnS2/CdTeO3/p-CdZnTe. Ukr. J. Phys. 64, 164 (2019).

https://doi.org/10.15407/ujpe64.2.164

I.G. Orletskyi, M.I. Ilashchuk, M.N. Solovan, P.D. Maryanchuk, O.A. Parfenyuk, E.V. Maistruk, S.V. Nichyi. Electrical properties and energy parameters of n-FeS2/p-Cd1−xZnxTe heterojunctions. Semiconductors 52, 1171 (2018).

https://doi.org/10.1134/S1063782618090117

Y. Xi, T. Gessmann, J. Xi, J.K. Kim, J.M. Shah, E.F. Schubert, A.J. Fischer, M.H. Crawford, K.H. Bogart, A.A. Allerman. Junction temperature in ultraviolet light-emitting diodes. Jpn. J. Appl. Phys 44, 7260 (2005).

https://doi.org/10.1143/JJAP.44.7260

J.P. Ponpon. A review of ohmic and rectifying contacts on cadmium telluride. Solid-State Electron. 28, 689 (1985).

https://doi.org/10.1016/0038-1101(85)90019-X

A. Luque, S. Hegedus.Handbook of Photovoltaic Science and Engineering (Wiley, 2011) [ISBN: 978-0-470-72169-8].

https://doi.org/10.1002/9780470974704

J.J. Prias-Barragan, L. Tirado-Mejia, H. Ariza-Calderon, L. Banos, J.J. Perez-Bueno, M.E. Rodriguez. Band gap energy determination by photoacoustic absorption and optical analysis of Cd1−xZnxTe for low zinc concentrations. J. Cryst. Growth 286, 179 (2006).

https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2005.09.022

J. Franc, P. Hlidek, P. Moravec, E. Belas, P. Hoschl, L. Turjanska, R. Varghova. Determination of energy gap in Cd1−xZnxTe (x = 0-0.06). Semicond. Sci. Technol. 15, 561 (2000).

https://doi.org/10.1088/0268-1242/15/6/313

S.M. Sze, K.N. Kwok. Physics of Semiconductor Devices (Wiley, 2006) [ISBN: 9780471143239].

S. Lany. Semiconducting transition metal oxides. J. Phys.: Condens. Matter. 27, 283203 (2015).

https://doi.org/10.1088/0953-8984/27/28/283203

B.L. Sharma, R.K. Purohit. Semiconductor Heterojunctions (Pergamon Press, 1974) [ISBN: 9781483280868]. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-017747-2.50005-8

M. Chandra, S. Yadav, R.J. Choudhary, R. Rawat, A.K. Sinha, M.-B. Lepetit, K. Singh. Multiferroicity and magnetoelastic coupling in a-Mn2O3: A binary perovskite. Phys. Rev. B 98, 104427 (2018). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.104427

E. Maistruk, M. Ilashchuk, I. Orletskyi, I. Koziarskyi, D. Koziarskyi, P. Maryanchuk, O. Parfenyuk, K. Ulyanytsky. Influence of the base material on the interface properties of ZnO:Al/n-CdS/p-Cd1−xZnxTe heterojunctions. Eng. Res. Express 2, 035037 (2020). https://doi.org/10.1088/2631-8695/abb7e5

A.G. Milnes, D.L. Feucht. Heterojunctions and MetalSemiconductor Junctions (Academic Press, 1972) [ISBN: 0124980503]. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-498050-1.50009-X

S.-H. Wei, S.B. Zhang. Chemical trends of defect formation and doping limit in II-VI semiconductors: The case of CdTe. Phys. Rev. B 66, 155211 (2002). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.66.155211

A.V. Savitsky, M.I. Ilashchuk, O.A. Parfenyuk, K.S. Ulyanytsky, V.R. Burachek, R. Ciach, Z. Swiatek, Z. Kuznicki. Thermostability of physical properties of cadmium telluride crystals. Thin Solid Films 361-362, 203 (2000). https://doi.org/10.1016/S0040-6090(99)00794-4

K. Yokota, S. Katayama, T. Yoshikawa. Termally-stimulated current in p-type CdTe annealed in various atmospheres. Jpn. J. Appl. Phys. 21, 456) (1982). https://doi.org/10.1143/JJAP.21.456

F.T.J. Smith. Electrically active point defects in cadmium telluride. J. Metallurg. Trans. 1, 617 (1970). https://doi.org/10.1007/BF02811585

Downloads

Опубліковано

2021-10-04

Як цитувати

Orlets’kyi, I., Ilashchuk, M., Maistruk, E., Parkhomenko, H., & Maryanchuk, P. (2021). Електричні властивості і енергетичні параметри фото-чутливих гетероструктур n-Mn2O3/n-CdZnTe. Український фізичний журнал, 66(9), 792. https://doi.org/10.15407/ujpe66.9.792

Завантажити посилання

Номер

Том 66 № 9 (2021)

Розділ

Напівпровідники і діелектрики

Ліцензія

Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна

Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:

1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.

2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.

3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.

4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.

5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.

6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.