Шановний користувач порталу!
Для вашої зручності ми запустили нову систему відображення формул в тексті. Дана система використовує найновіші технології. Якщо у вас виникли проблеми з відображенням формул спробуйте оновити свій веб-браузер до останньої версії. Або скористайтесь іншим браузером.

Команда проекту INFORUM.IN.UA пропонує використовувати для роботи з порталом браузер Mozilla Firefox.
Ми постійно вдосконалюємось та докладаємо максимум зусиль для Вашої комфортної роботи. Якщо у Вас є побажання чи ідеї з покращення роботи порталу напишіть нам.
УДК 621. 315. 592

НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНА ЗАЛЕЖНІСТЬ ЕЛЕКТРОПРОВІДНОСТІ МОНОКРИСТАЛІВ Cu1-xZnxInSe2

Паліюк Оксана Миколаївна
Магістр кафедри ФТТ та ІВТ Східноєвропейського національного університету імені Лесі Українки
Новосад Олексій Володимирович
Завідувач лабораторії кафедри ФТТ та ІВТ Східноєвропейського національного університету імені Лесі Українки
Божко Неоніла Анатоліївна
Аспірантка 2-го року навчання Східноєвропейського національного університету імені Лесі Українки

В роботі досліджено температурну залежність електропровідності монокристалічних твердих розчинів Cu1-xZnxInSе2, де (х=0-0,2). Дослідження температурної залежності електропровідності монокристалів проводилось в інтервалі температур (27-300 К). На основі експериментальних результатів проаналізовано особливості механізмів струмоперенесення в Cu1-xZnxInSе2.

Для всіх зразків системи Cu1-xZnxInSе2 температурна залежність електропровідності в температурному інтервалі (27-300 К) виявилася складною неекспоненційною функцією. Більш детальний аналіз показав, що при температурах від 27 до ~80 К у сполуках Cu1-xZnxInSe2 може реалізуватися стрибковий механізм провідності[1].

Результати досліджень температурної залежності електропровідності монокристалів Cu1-xZnxInSe2 представлені на рис. 1. З рис. 1 видно, що в досліджуваних монокристалах температурні залежності електропровідності в інтервалі температур 27-120 К добре описуються прямою лінією в координатах Мотта. У такому випадку, згідно з [1, 2], провідність кристалів обумовлюється стрибковим механізмом. Крім того, довжина стрибків є змінною. Стрибки електронів здійснюються по локалізованих станах, які розміщені у вузькій смузі енергій поблизу рівня Фермі (ЕF). Про стрибковий механізм електропровідності в сполуках CuInSе2 повідомлялося в [3-5].

Температурна залежність електропровідності в такому випадку описується формулою
Please use another browser to view content, (1)

У формулі (1) характеристична температура Т0 і множник σ0, згідно з [2], визначаються як:

Please use another browser to view content, (2)

Рис. 1. Температурні залежності електропровідності монокристалів Cu1-xZnxInSe2 при різних значеннях “х”: 1 – 0,05; 2 – 0,10; 3 – 0,15; 4 – 0,20.


Please use another browser to view content, (3)

де NF - густина станів поблизу ЕF, α – стала спаду хвильової функції (ψ~exp(-α/r)) електрона, локалізованого поблизу ЕF, λ - безрозмірний коефіцієнт, згідно із [2], λ≈16-17, e - заряд електрона, kB - постійна Больцмана, νph - частота Дебая.

Таблиця 1

Параметри стрибкової провідності в монокристалах Cu1-хZnхInSe2

x

Т0, К

σ/0,

(Ом∙см)-1∙К1/2

Т0/Т(70 К)

NF,

еВ-1·см-3

ε, меВ

R, нм

0,05

1·103

102

14

2,3·1022

3

1,5

0,10

2,3·103

3·102

33

1·1022

4

1,8

0,15

5,4·105

4·103

7,7·103

4,3·1019

15

7

0,20

1,4·107

2·106

2·105

1,7·1018

33

16

.

По нахилу прямолінійних ділянок температурної залежності електропровідності в координатах Мотта визначалася характеристична температура Т0 (табл. 1). Однією з умов реалізації Моттівскої моделі провідності в напівпровідниках є виконання умови Т0/Т >> 1 [6, 7]. Розраховані нами значення Т0/Т представлені в табл. 1. При розрахунках вважалося, що Т=70 К. Для монокристалів з 5 та 10 мол. % ZnIn2Se4 спостерігалося значне зменшення параметра Т0 і співвідношення Т0/Т наближалося до 1. Тому модель стрибкової провідності для цих сплавів ставала менш обґрунтованою.

Для визначення середньої термічної енергії активації стрибка використовували формулу [2]:

Please use another browser to view content, (4)

де R – середня довжина стрибка при Моттівській провідності, яка визначається формулою[2]:

Please use another browser to view content, (5)

Розраховані за формулами 1-5 параметри стрибкового механізму провідності в монокристалах Cu1-xZnxInSe2 представлені в таблиці 1.

Дефектними центрами, відповідальними за формування зони локалізованих станів, по яких реалізується стрибкових механізм провідності, можуть бути VCu. На користь даного припущення свідчить сильна залежність отриманих значень NF від складу твердого розчину і, відповідно, VCu. Положення такої зони визначає положення ЕF при низьких температурах, в нашому випадку Т < 100 К. Згідно з [8], в сполуках CuInSe2 VCu створюють акцепторні рівні, розміщені на 0,7 еВ вище валентної зони. Також на користь даного припущення можна використати зростання характеристичної температури Т0 зі зростанням VCu, оскільки Т0 залежить від величини розупорядкування в кристалі [9,10].

 

Список літератури

  1. Electron theory of disordered semiconductors / [V. L. Bonch-Bruevich, I. P. Zvyagin, R. Kapper at al.]. – Moscow : Nauka, 1981. – 384 p.
  2. Mott N. F. Electronic processes in non-crystalline materials / N. F. Mott, E. A. Davis. – Oxford: Clarendon Press, 1971. – 437 p.
  3. Effect of deviations from stoichiometry on electrical conductivity and photoconductivity of CuInSe2 crystals / M. A. Abdullaev, Dz. Kh. Magomedova, R. M. Gadzhieva [at al.] // Semiconductors. – 2001. – Vol. 35, №8. – P. 870–872.
  4. Guillén C. Investigations of the electrical properties of electrodeposited CuInSe2 thin films / C. Guillén, J. Herrero // J. Appl. Phys. – 1992. – Vol. 71, № 11. – P. 5479–5483.
  5. Properties of CuInSe2 films obtained by methods of selenization and quasi-equilibrium deposition / T. M. Gadzhiev, A. A. Babaev, R. M. Gadzhieva [at al.] // Inorganic Materials. – 2008. – Vol. 44, № 12. – P. 1295–1299.
  6. CuInS2 based thin film solar cell with 10,2 % efficiency / R. Scheer, T. Walter, H. W. Schock [at al.] // Appl. Phys. Lett. – 1993. – Vol. 63, № 24. – P. 3294–3296.
  7. Electrical and optical properties of solid solutions Cu1-xZnxInSe2 (x=0,05 – 0,2) / V. V. Bozhko, G. Ye. Davyduyk, O. V. Parasyuk [at al.] // Ukr. J. Phys. – 2010. – Vol. 55, № 3. – P. 312–316.
  8. Properties of CuInSe2 films obtained by methods of selenization and quasi-equilibrium deposition / T. M. Gadzhiev, A. A. Babaev, R. M. Gadzhieva [at al.] // Inorganic Materials. – 2008. – Vol. 44, № 12. – P. 1295–1299.
  9. M. Iwai, T. Onishi, K. Abe, Y. Miyoshi, K. Wakita / Analysis of photoluminescence spectra on CuInS2 crystals // In: Int. Conf. Physics-2005, Baku, 7–9 June, 2005, P. 804–807.
  10. Ueng H. Y. Defect identification in undoped and phosphorus-doped CuInS2 based on deviations from ideal chemical formula / H. Y. Ueng, H. L. Hwang // J. Appl. Phys. – 1987. – Vol. 62, № 2. – P. 434–438.
Коментарі до статті:
Андрій Кримусь [29.01.2015 10:32]
Якщо для монокристалів з x=0,05 та x=0,1 модель стрибкової провідності не є обґрунтованою, то яку модель провідності можна запропонувати і чому?
© inforum.in.ua, 2014 - 2024
Розробка : Limpopo Web Agency
+38 (068) 322 72 67
+38 (093) 391 11 36
43020, УКРАЇНА,
Волинська обл., м. Луцьк,
вул. Електроапаратна, 3 / 336
inforum.in.ua@ukr.net