Исследование различных металлических контактов для p

Jun 02, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8259 (2023) Цитировать эту статью

444 доступа

Подробности о метриках

Полупроводники делафосситов привлекли значительное внимание в области электрооптики благодаря своим уникальным свойствам и доступности материалов p-типа, которые применимы для солнечных элементов, фотокатализаторов, фотодетекторов (PD) и прозрачных проводящих оксидов p-типа (TCO). CuGaO2 (CGO), как один из наиболее перспективных материалов делафосситов p-типа, обладает привлекательными электрическими и оптическими свойствами. В этой работе мы можем синтезировать CGO с различными фазами, приняв твердотельный путь реакции с использованием распыления с последующей термообработкой при разных температурах. Исследуя структурные свойства тонких пленок CGO, мы обнаружили, что чистая фаза делафоссита появляется при температуре отжига 900 °C. А при более низких температурах можно наблюдать фазу делафоссита, но наряду с фазой шпинели. Кроме того, их структурные и физические характеристики указывают на улучшение качества материала при температурах выше 600 °C. После этого мы изготовили УФ-ФД на основе CGO (УФ-ФД) с конфигурацией металл-полупроводник-металл (МСМ), который демонстрирует замечательные характеристики по сравнению с другими УФ-ФД на основе CGO, а также исследовали влияние металлов. контакты о работоспособности устройства. Мы демонстрируем, что УФ-ФД с использованием меди в качестве электрического контакта демонстрирует поведение Шоттки с чувствительностью 29 мА/Вт с коротким временем отклика 1,8 и 5,9 с для времени нарастания и затухания соответственно. Напротив, УФ-ФД с Ag-электродом показал улучшенную чувствительность примерно до 85 мА/Вт с более медленным временем нарастания/затухания 12,2/12,8 с. Наша работа проливает свет на разработку полупроводника делафоссита p-типа для возможного применения в оптоэлектронике будущего.

В настоящее время CuGaO2 (CGO) широко применяется в электрооптических устройствах благодаря своим значительным оптическим и электронным свойствам1,2. Делафоссит CGO с шириной запрещенной зоны 3,6 эВ и его значительной проводимостью может обещать замечательные применения в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне спектра. Кроме того, CGO является собственным полупроводником p-типа, что имеет большое значение по сравнению с другими прозрачными проводящими оксидами (TCO), такими как ZnO, CdO, SnO2, In2O3:Sn или In2O3:Mo, которые обычно являются полупроводниками n-типа3. На сегодняшний день наиболее популярными материалами для изучения являются ТСО p-типа, включающие Cu2O, NiO, VO2. Появляющийся делафоссит CGO с высоким коэффициентом пропускания 80% в видимой области, а также с настраиваемой концентрацией дырок примерно до 1021 см-3 показал свою перспективность в качестве TCO p-типа4,5. Более того, различные исследования показывают, что новый материал CGO может широко использоваться в сенсибилизированных красителем солнечных элементах (DSSC)6, фотокатализаторах7,8, pn-переходах9, прозрачных тонкопленочных транзисторах (TTFT)10, дырочном транспортном слое (HTL) для перовскитных солнечных батарей. ячейки11,12 и фотодетекторы13. Кроме того, благодаря превосходному согласованию решетки с Ga2O3 и ZnO, этот материал также может быть перспективным для изготовления цельнооксидных pn-переходов для различных оптоэлектронных и электронных приложений8,14.

В общем, β и α — две примечательные фазы материала CGO. Фаза β, имеющая структуру вюрцита, состоит из тетраэдров GaO4 и CuO4, имеющих общие вершины, и имеет ширину запрещенной зоны 1,47 эВ1. Судзуки и др. отмечают, что β-CGO является подходящим вариантом для производства солнечных элементов из-за высокого коэффициента поглощения и подходящей прямой запрещенной зоны15. CGO в α-фазе имеет структуру делафоссита с симметрией \(R\overline{3}m\), в которой атомы Cu образуют линейное расположение с O как O–Cu–O, а атомы Ga создают октаэдры с общими ребрами с О атомы. Такое расположение атомов дает периодическую структуру плоскостей Cu и GaO6, которая снова появляется в виде стопочной конструкции ABCBAC. На рис. 1 схематически сравниваются структуры делафоссита (α-) и вюрцита (β-) CGO. α-CGO имеет ширину запрещенной зоны 3,6 эВ, что однозначно отличает его свойства от β-CGO. Хотя согласно классификации α-CGO является непрямым полупроводником, он имеет прямой переход с разницей энергий около 3,6–3,7 эВ в точках L и F (в k-пространстве), что может конкретизировать оптические и электронные свойства этого материала. . Судзуки и др. также отмечают, что благодаря широкой запрещенной зоне и эффективной проводимости α-CGO его можно использовать в качестве подходящего TCO16. Из-за более низкой энергии образования фазы делафоссита по сравнению с вюрцитной фаза α-CGO более стабильна, тогда как β-CGO является нестабильной фазой, которая может разлагаться с образованием α-CGO при температуре выше 460 °C16.