掺杂剂的影响和衬底温度Current-Volltage特征CdTe / P-GaAs异质结

F.Y. Al - Shaikley¹,M.F.A.Alias²,A.A.Alnajjar³,A.A.J.Al-Douri⁴

物理系助理教授,教育学院,Baghdad-Iraq Al-Mustansirya大学
教授,物理系,Baghdad-Iraq巴格达大学科学学院
应用物理学系副教授Sharjah-UAE沙迦大学科学学院
教授,应用物理学系,Sharjah-UAE沙迦大学科学学院

文摘

薄膜无掺杂和掺杂CdTe厚度约500±10 nm被热蒸发沉积技术(100)p-GaAs晶片上。艾尔和某人掺杂剂百分比的影响(0.5、1.5和2.5)和衬底温度(RT和423 k) CdTe / p-GaAs异质结的光电特性进行了研究。第四特征下照明准备CdTe / p-GaAs垂直显示一个好重要的光生伏打效应。短路电流的值(Isc) CdTe / p-GaAs异质结掺杂与某人高于掺杂。铝掺杂的影响开路电压的值(Voc)超过某人掺杂。所有这些测量的结果不同(Al和某人)掺杂薄CdTe沉积在砷化镓表明2.5% sb-doped CdTe / p-GaAs垂直沉积在RT和423 k照明拥有一个好的反应使它适合异质结设备用作制造照片基本传感器

关键字

集团/ p-GaAs异质结,艾尔和某人掺杂剂,电流-电压特性。

我的介绍。

族化合物的制造/ III-V垂直一直是一个主题感兴趣的由于其潜在的应用在光电设备[1]。这些设备的最有前途的碲化镉(集团)的半导体结。集团是一个独特的二元化合物半导体II-IV群,因为它既有p和n型传导[2]。这允许制造人类和异质结太阳能电池的配置(3 - 6)。其带隙约1.5 ev,只是太阳光谱中,具有较高的吸收系数(α)(> 104 cm - 1)可见的太阳光谱使CdTe很好的候选材料光电转换[7]。此外CdTe吸引了大量关注生产x射线和伽马射线探测器操作在室温下(8、9),以及一个缓冲层的增长Hg1-xCdxTe或Hg1-x (CdyZn1-y) xTe红外探测器[10 - 12],它是一种很有前途的主材料有限公司等与磁掺杂杂质铁、锰为磁光设备(13 - 15)。

III-V半导体基板的使用,如砷化镓已经很大程度上探索光子和高速光电整体设备由于其直接带隙和使用它们的可能性高质量大规模基质[16]。薄CdTe电影通常生长在砷化镓衬底,尽管高集团之间的晶格失配和砷化镓,因为可以放松的晶格失配引起的应变不合群混乱[17]。

许多技术已经报告给集团的增长在砷化镓基板上,如脉冲激光沉积(骑士)[18],热壁外延(HWE)[19],金属有机化学气相沉积(金属)[20],无线电频率(RF)溅射[21],分子束外延(MBE)[22],和热蒸发方法[23]。

这项工作的主要焦点是研究的光电性质CdTe / p-GaAs垂直使用热蒸发技术制作的。该方法比目前的技术用于制造更复杂CdTe /砷化镓异质结。掺杂剂的浓度的影响和某人在衬底温度(RT - 423 k)的光电性质CdTe / p-GaAs垂直被调查。

二世。实验的程序

垂直CdTe /砷化镓的制作在衬底温度(Ts)等于室温(RT)和423 k在真空热蒸发技术对10 - 6托使用爱德华E306A涂层系统。厚度(t)无掺杂和掺杂CdTe各种重量的百分比(0.5,1.5,和2.5)基地和某人约500±10纳米。砷化镓晶片的p型(Zn-doped砷化镓(p = (1 - 5) x1017cm-3))厚度600μm和(100)取向是用于这项工作。砷化镓晶片是清洁和准备过程中提到的ref。[24]。

照亮电流电压(电流-电压)特征在室温下正向和反向偏置电压范围内(-2.0 - -2.0)V CdTe /砷化镓异质结准备各种沉积条件进行不同强度(20、60和100年)mW / cm2衡量太阳能仪表使用卤素灯类型皇帝沙迦大学Sharjah-UAE。

三世。结果与讨论

照明下的电流电压特性的异质结的光电特性。光电流的被认为是一个重要的参数,在太阳能电池设备起到了有效的作用。

正向和反向偏压电流-电压特性的电压在黑暗和光照下CdTe方面,各种光强度(20、60和100 mW / cm2)无掺杂和掺杂CdTe / p-GaAs垂直沉积各种掺杂比例的艾尔和某人在RT和423 k。从这个调查,选择一些拥有更多的垂直对光照的敏感性比其他垂直。电流电压特性的照明下选中的垂直Figs.1所示,2、3 CdTe / p-GaAs。可以看出,总的来说,这些垂直的正向电流-电压特性在黑暗显示指数上升在低电压(低于0.2 v)。这是由于减少结的耗尽区宽度的增加大部分航空公司由外加电压注入导致的减少内置的潜力。偏见是增加了正向电流(如果)增加和指数的偏差行为突出显示这些数据。在更高的电压电流-电压是线性依赖关系由于明显的串联电阻的影响在结特征[24]。在照明的结,越来越多的运营商生成和正向电流增加。

Figs.1 2 3显示无掺杂的电流-电压特性和2.5% Al-doped CdTe / p-GaAs垂直沉积在423 k和Sb-doped 1.5%和2.5%分别垂直沉积在RT和423 k。见过,照亮正向电流增加而增加入射光强度和增加偏置电压。

也很明显,照亮了连接增加了按预期反向偏置电流的电子空穴对一代耗尽区如果入射光子的能量大于最小的直接带隙的异质结[25]。

耗尽宽度内生成的电子空穴对,损耗之外的扩散长度宽度内很快就冲走了由于强大的电场产生的光电流反向偏压方向入射光强度的增加而增加,由于增加照片产生的电子和空穴的耗尽区[25]。

另一个明显的从Figs.1的话,2、3是,在一般情况下,反向电流上的照明效果(Ir)对异质结掺杂2.5%存入423 k是更多比某人和无掺杂heterojunctons掺杂2.5%。还发现红外增加约一个数量级的增加入射光强度在100 mw / cm2反向偏置电压等于0.2 v。

电流电压特性的结果下照明集团/ n-GaAs垂直在早期论文[23]显示更重要的光生伏打效应比CdTe / p-GaAs垂直在目前的工作。以上测量的结果清楚表明一个好的回应这些准备垂直照明这使得它们适合制造光电设备。这需要大量的调查,以提高反应寻找其他参数如薄膜厚度、退火温度以及研究异质结的表面分析,结合各种参数。短路电流(Isc)和开路电压(Voc)等几个主要参数用来描述设备的行为和质量。

Figs.4 (a和b)说明Isc的变异,Voc掺杂比例的函数和某人CdTe薄膜CdTe / p-GaAs垂直,沉积在RT和423 k和照明的光强度100 mw / cm2 (AM1)。图4 (a)表明,掺杂比例的增加引起的价值的增加Isc约一个数量级Al-doped CdTe / p-GaAs垂直沉积在RT和423 k,然而相反的趋势已经观察了异质结沉积在RT和掺杂2.5%,即。,Isc的价值降低了。某人的掺杂比例从0.5%增加到2.5%导致增加Isc倍五倍左右,一个数量级分别垂直沉积在RT和423 k。一般来说,它可以注意到的影响Ts对Isc heterjunction掺杂与某人比异质结掺杂清晰。Sb-doped异质结的Isc值大于对异质结掺杂。

一般来说,图4 (b)说明了铝掺杂对Voc的影响大于对掺杂与某人在沉积温度。Voc的价值增加了五倍左右,四Al - Sb-doped垂直沉积在RT增加掺杂分别为1.5%和2.5%。相反的趋势显示了异质结掺杂2.5%沉积和艾尔RT.On另一方面,Voc的价值是增加约一个数量级,在垂直的两次一个因素掺杂铝沉积和某人分别为423 k。另一个明显的评论是,Voc的价值在423 k以上垂直沉积,沉积在RT两种类型的掺杂。

Isc减少和Voc值可以归因于多种因素如串联电阻的存在,掺杂浓度两岸的结,结果和缺陷密度高的大型集团之间的晶格失配和砷化镓产生带隙内允许能量状态和我。e在耗尽区和这些接口状态介绍非常有效的照片产生的电子和空穴的复合中心(26、27)。

四。结论

研究照明下的电流-电压特性与不同的光强度(20、60和100年)mW / cm2 CdTe / p -砷化镓进行了垂直为了增进了解如何处理步骤包括铝、锑CdTe薄膜和衬底温度影响异质结的性质。从这些研究的结果可以得出:

电流-电压特性下照明集团/ p-GaAs垂直显示一个好重要的光生伏打效应。

一般来说,价值的Isc CdTe / p-GaAs异质结掺杂与某人比Al-doped。

的影响Ts对Isc heterjunction掺杂与某人更清楚比异质结掺杂

铝掺杂的影响对Voc高于某人在Ts。

Voc的价值在423 k以上垂直沉积,沉积在RT两种类型的掺杂。

某人CdTe / p-GaAs垂直掺杂2.5% CdTe薄膜沉积在RT和423 k表明一个好的应对照明,使它成为一个候选人材料制造光电设备。

引用

m·金·m·汉、t·康和t·金”效应的热退火结构和光学性质的集团(111)/砷化镓(100)异质结构”,薄固体电影,V.310, 132 - 173, 1997。
C。应,a . Opanasyuk诉Kosyak m·德赛和Protsenko,“结构和子锌和镉硫属化合物薄膜的结构特性”,j . Nano-Electron。理论物理。,V.3, N.1 , 274-301, 2011.
w·默罕默德和m . Shehathah”效应的串联电阻In-Doped CdTe薄膜的光电性能同质结结构”,卡塔尔大学的工程杂志,V.14, 161 - 175, 2001。
m·拉诉Ghenescu,斯坦,l .离子c . Besleaga。Nicolaev, t . Mttran c . Tazlaoanu拉,o . Porumb M。Ghenescu, m . Gugiu和美国Antohe cd / CdTe异质结太阳能电池的光伏特性质子辐照前后”,硫族化物信件,V.8 N.8, 477 - 485, 2011。
l . Tingliang h . Xulin z井泉,f . Lianghuan WuLili, l·魏z Guanggen, l .必应,“效应”集团的氧化锌薄膜太阳能电池、半导体学报”,V.33, N.9, 093003-0930036-1-6, 2012。
c . Li j . Poplawsky y, a . Lupini a . Mouti d·伦纳德,n . Paudel k·琼斯,w .阴,m . Al-Jassim y(音)和s . Pennycook,“从原子结构CdTe太阳能电池的光伏特性”,Ultramicroscopy V.134, 113 - 125, 2013。
诉Nikale, s . Shinde Bhosala, k . Rajpure”喷雾沉积CdTe薄膜的物理性质:压电陶瓷性能”,半导体学报,V.32 N.3 033001-1-7, 2011。
n . Lovergine p . Prete l . Tapfer f . Marzo点曼奇尼,“氢蒸汽运输增长和属性RT厚CdTe外延层的x射线探测器应用程序”,结晶。研究抛光工艺。,V.40, N.10-11,1018-1022, 2005.
诉Gnatyuk s Levytskyi o . Vlasenko, t .青木“n-Layer CdTe-Based结构的电特性形成的激光诱导兴奋剂”,高级研究在物理学报,2,N.2, 021103-1-4, 2011。
d . Protasov诉Kostuchenko诉Varavin, s . Dvoretsky和n . Mikhailov”测定肖克莱里德p-Hg1-xCdxTe MBE复合中心参数/砷化镓通过磁场的光电导性”,自然史状态苏(c)、7节,N.6, 1633 - 1635, 2010。
m . Chakraborty“尺寸效应对碲化镉锌薄膜光学特性”,国际工程科学与技术学报,V.3 N.10, 7402 - 7407, 2011。