1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 55, № 5, 2019

Неорганические материалы, 2019, T. 55, № 5, стр. 544-546

Электрофизические и фотоэлектрические свойства стекол (As2Se3)1 – x(CdSe)x (x = 0.01, 0.03, 0.05)

Дж. А. Ахмедова *

Адыяманский государственный университет, факультет искусств и наук
02040 Адыяман, Турция

* E-mail: cahmedova@adiyaman.edu.tr

Поступила в редакцию 19.10.2017
После доработки 14.09.2018
Принята к публикации 11.09.2018

Полный текст (PDF)

Аннотация

Cтеклообразные сплавы (As2Se3)1 – x(CdSe)x (x = 0.01, 0.03, 0.05) синтезировали из лигатур As2Se3 и CdSe в интервале температур 500–700°С. Для сплавов, содержащих 1, 3 и 5 мол. % CdSe, изучены электрофизические и фотоэлектрические свойства. Исследование температурной зависимости электропроводности стеклообразных сплавов показывает, что они являются высокоомными полупроводниками p-типа. При изучении фотоэлектрических свойств установлено, что образцы в пределах длин волн 0.75–0.82 мкм фоточувствительны, оптическая ширина запрещенной зоны изменяется от 1.51 до 1.65 эВ.

Ключевые слова: электропроводность, фотопроводность, стеклообразные сплавы

ВВЕДЕНИЕ

Известно, что халькогениды мышьяка и сплавы на их основе как фоточувствительный полупроводниковый материал широко применяются в электронной технике [1–3]. Xалькогенидные волокна, изготовленные на основе As2S3 и As2Sе3, первоначально были разработаны для передачи света в среднем ИК-диапазонe, нашли применение как компактная нелинейная среда [4, 5].

Соединение CdSe также прозрачно для ИК‑излучения и используется в фоторезисторах. Материалы на основе CdSe обладают хорошими люминесцентными свойствами [6].

Поэтому актуален поиск новых сложных халькогенидных полупроводников на основе халькогенидов мышьяка.

В литературе имеются некоторые сведения по тройным и четверным системам халькогенидов мышьяка и кадмия [7]. Диаграмма состояния системы As2Sе3–CdSe исследована в [8], однако не изучены электрические и фотоэлектрические свойства сплавов системы As2Sе3–CdSe.

С целью повышения фоточувствительности As2Se3 в его состав вводится до 1–5 мол. % CdSe. Соединение As2Se3 является стеклообразным полупроводником, кристаллизуется в моноклинной сингонии с параметрами элементарной ячейки: a = 12.053, b = 9.890, c = 4.277 Å, β = 90°28′(пр. гр. Р21/n) [9]. Физико-химические свойства халькогенидов мышьяка подробно описаны в [10, 11]. Ширина запрещенной зоны для стеклообразного соединения As2Se3 составляет ΔЕ = 1.5 эВ, для кристаллического – 1.7 эВ.

Соединение CdSe плавится конгруэнтно при 1239°С и кристаллизуется в тетрагональной сингонии с параметрами решетки: а = 4.30, с = 7.01 Å (пр. гр. P6mc – $C_{{6\text{v}}}^{4}$), ширина запрещенной зоны ΔЕ = 1.47 эВ [12].

Цель настоящей работы – исследование электрофизических и фотоэлектрических свойств стеклообразных сплавов (As2Se3)1 – x(CdSe)x (x = 0.01, 0.03, 0.05).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Сплавы на основе As2Se3, содержащие 1–5 мол. % CdSe, синтезировали путем сплавления исходных компонентов в стехиометрическом соотношении в вакуумированных кварцевых ампулах с остаточным давлением порядка 0.133 Па при 800–950°С в течение 6 ч с последующим охлаждением со скоростью 200°С/ч до 500°С. Гомогенизирующий отжиг полученных образцов проводили при 200°С в течение 270 ч. Электропроводность сплавов измеряли по методике [13] на образцах в форме параллелепипеда. Погрешность измерений составляла 2.7–3.0%. Спектральное распределение фотопроводимости измеряли по методике, описанной в [14], обычным компенсационным методом. Исследуемые образцы имели форму параллелепипедов, толщина пластинок составляла 1–6 мм. Перед нанесением контактов пластинки полировали до зеркального блеска.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Электропроводность (σ) стекол (As2Se3)1 – x(CdSe)x (x = 0.01, 0.03, 0.05) изучена в интервале 20–250°С. Электропроводность As2Se3 при комнатной температуре равна 2.6 × 10–10 См/см, ширина запрещенной зоны составляет 1.68 эВ, что находится в пределах значений, имеющихся в литературе. Температурная зависимость электропроводности стекол (As2Se3)1 – x(CdSe)x (x = 0.01, 0.03, 0.05) представлена на рис. 1. В температурном интервале 20–200°С наблюдается линейный рост электропроводности стеклообразных сплавов (As2Se3)1 – x(CdSe)x.

Рис. 1.

Температурные зависимости электропроводности стекол системы As2Se3–CdSe: 1 – 1, 2 – 3, 3 – 5 мол. % CdSe.

Установлено, что в отличие от кристаллических у стеклообразных полупроводников отсутствует примесная проводимость. Электропроводность стекла с 1 мол. % CdSe на основе As2Se3 при комнатной температуре составляет σ = 2.76 × 10–10 См/см, а при 200°С σ = 1.26 × 10–7 См/см. С увеличением содержания CdSe до 3 и 5 мол. % электропроводность растет от σ = 7.59 × 10–10 до σ = 6.31 × × 10–9 См/см при комнатной температуре, а при 200°С – от σ = 3.02 × 10–7 до σ = 8.92 × 10–7 См/см соответственно (рис. 1).

Сплавы подвергали оптическим измерениям, результаты которых приводятся в табл. 1. Интегральная чувствительность K сплавов в области длин волн 0.75–0.82 мкм колеблется в пределах 26.19–20.66 А/(лм В), а оптическая ширина запрещенной зоны – от 1.65 до 1.51 эВ.

Таблица 1.  

Фотоэлектрические свойства стекол (As2Se3)1 – x(CdSe)x (x = 0.01, 0.03, 0.05)

x K, А/(лм В) Е × 102, лк Ф × 1011, лм I × 109, A λmax, мкм ∆E, эВ
0 10.8 6.2 3.72 12 0.82 1.51
0.01 20.66 6.2 3.72 2.4 0.82 1.51
0.03 28.96 7.5 4.37 38 0.79 1.57
0.05 26.19 9.2 7.0 55 0.75 1.65

Примечание. S = 6 мм2, U = 30 B.

На рис. 2 приведено спектральное распределение фототока. При введении CdSe в высокоомное стеклообразное соединения As2Se3 наблюдается улучшение воспроизводимости фототока от длины волны. Максимальным значением фототока обладает сплав, содержащий 5 мол. % CdSe. Максимум фототока смещается в сторону коротких длин волн.

Рис. 2.

Спектральное распределение фототока в стеклах системы As2Se3–CdSe: 1 – As2Se3, 2 – 1, 3 – 3, 4 – 5 мол. % CdSe.

Известно, что элементы II группы создают локализованные уровни в энергетическом спектре As2Se3.Можно предположить, что добавка 1 мол. % CdSe создает локализованные уровни в энергетическом спектре As2Se3. Но дальнейшее увеличение содержания CdSe в составе стекол, видимо, не изменяет локализованные состояния, в частности, у валентной зоны, а у зоны проводимости положение этих состояний по отношению к валентной зоне меняется. Не исключено и влияние процесса компенсации на примесных центрах при относительно больших количествах CdSe. Исследуемые стекла могут использоваться в ближней инфракрасной области спектра в качестве фоторезисторов.

Список литературы

  1. Hari P., Cheneya C., Luepkea G., Singha S., Tolka N., Sanghera J.S., Aggarwal D. Wavelength Selective Materials Modification of Bulk As2S3 and As2Se3 by Free Electron Laser Irradiation // J. Non-Cryst. Solids. 2000. V. 270. P. 265–268.

  2. Dinesh Chandra Sati, Rajendra Kumar, Ram Mohan Mehra. Influence of Thickness on Optical Properties of a: As2Se3 Thin Films // Turk J. Phys. 2006. V. 30. P. 519–527.

  3. Lovu M., Shutov., Rebeja S., Colomeyco E., Popescu M. Effect of Metal Additives on Photodarkening Kinetics in Amorphous As2Se3 Films // J. Opt. Adv. Mater. 2000. V. 2. P. 53–58.

  4. Fu L.B., Rochette M., Ta’eed V., Moss D., Eggleton B.J. Investigation of Self-Phase Modulation Based Optical Regeneration in Single Mode As2Se3 Chalcogenide Glass Fiber // Opt. Express. 2005. V. 13. P. 7637–7640.

  5. Asobe M., Ohara T., Yokohama 1., Kaino T. Fabrication of Bragg Grating in Chalcogenide Glass Fibre Using the Transverse Holographic Method // Electron. Lett. 1996. V. 32. P. 1611–1613.

  6. Efros Al.L., Rosen M. The Electronic Structure of Semiconductor Nanocrystals // Ann. Rev. Mater. Sci. 2000. V. 30. P. 475–521.

  7. Алиев И.И. Физико-химические основы получения новых материалов в системах халькогенидов мышьяка с халкогенидами кадмия, индия и таллия: Дис. ... докт. хим. наук. Баку: ИНФХ, 1992. 380 с.

  8. Алиев И.И., Рустамов П.Г., Ильясов Т.М., Максудова Т.Ф. Диаграмма состояния системы As2Se3–CdSe // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1987. Т. 23. № 12. С. 1965–1967.

  9. Дембовский С.А., Вайполин А.А. Свойства кристаллов As2Se3 // ФТТ. 1964. Т. 6. № 6. С. 1769–1772.

  10. Хворестанко А.С. Халькогениды мышьяка. Обзор из серии “Физические и химические свойства твердого тела”. М., 1972. 92 с.

  11. Абрикосов Н.Х., Боткина В.Ф., Порецкая А.В., Скуднова Е.В. Полупроводниковые соединения, их получение и свойства. М.: Наука, 1967. 220 с.

  12. Ормонт Б.Ф. Структуры неорганических веществ. М.: Гостехиздат, 1950. 968 с.

  13. Охотин А.С., Пушкарский А.С., Боровикова Р.П., Симонов. В.А. Методы измерения характеристик термоэлектрических материалов и преобразователей. М.: Наука, 1974. 167 с.

  14. Рывкин С.М. Фотоэлектрические явления в полупроводниках. М.: Физматгиз, 1963. 494 с.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал