Вышедшие номера
Фотоэлектрические свойства дисульфида олова
Дубровский Г.Б.1, Шелых А.И.1
1Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
Поступила в редакцию: 3 февраля 1998 г.
Выставление онлайн: 20 июля 1998 г.

В последние годы значительно возрос интерес к изучению кристаллической структуры, электрических и оптических свойств слоистых соединений типа МХ2 (М --- металл, Х --- халькоген), многие из которых обладают политипизмом, благодаря которому при одном химическом составе имеется целый набор кристаллических модификаций с различающимися свойствами. Одним из таких соединений является широкозонный полупроводник SnS2. В настоящее время известно более десятка политипных форм этого соединения, причем в зависимости от структуры политипа ширина запрещенной зоны меняется в широких пределах --- от 0.81 до 3.38 eV [1]. Самая распространенная политипная модификация SnS2 имеет порядок чередования слоев (Agamma B)(Agamma B) и обозначается обычно, по слоям серы --- 2H. Однако, поскольку ее элементарная ячейка содержит всего одну молекулу, она является простейшей структурой в этом соединении и должна обозначаться 1H. Ширина запрещенной зоны этой модификации, по данным оптических измерений, составляет 2.18 eV [2]. Кристаллы SnS2 обладают довольно сильной фоточувствительностью, что представляет большой интерес, поскольку она приходится на видимую область спектра, однако изучению фотопроводимости в этих кристаллах посвящено очень мало работ [3-5], а фотоэдс, насколько нам известно, до сих пор не исследовалась. Для восполнения этого пробела нами выполнены измерения фотопроводимости и фотоэдс на кристаллах 1H-SnS2, легированных в процессе роста примесями Cu, Au, Zn, Cd, In, Ga, и P. Измерения проводились в режиме постоянного тока с монохроматором в качестве источника света в диапазоне энергий фотонов от 1 до 4 eV. Контакты изготавливались с помощью серебряной пасты. Для измерений фотопроводимости контакты наносились на одну поверхность и прикрывались от света, а для измерений фотоэдс --- на противоположные стороны образца, причем сфокусированным пучком от монохроматора освещалась непосредственно область контакта. [!b] Спектральные зависимости фотопроводимости ( 1) и фотоэдс ( 2) в кристаллах 1H-SnS2 при комнатной температуре. Полученные результаты представлены на рисунке. Как видно из этих данных, в спектре фотопроводимости наблюдаются отчетливый сильный максимум при энергии около 2.3 eV, практически одинаковый во всех образцах, более слабый пик при энергии 2.85 eV, в некоторых образцах имеющий вид перегиба, и максимум в области 1.65 eV, проявляющийся не во всех образцах. Первая особенность, очевидно, связана с краем основной полосы поглощения и соответствует непрямым оптическим переходам в абсолютный минимум зоны проводимости. Пик при энергии 2.85 eV, вероятно, связан с прямыми переходами в вышерасположенный минимум, что согласуется с данными оптических измерений [6], указывающих на существование прямого минимума при энергии 2.88 eV. Ранее особенность при энергии 2.8 eV, проявляющаяся в спектре фотопроводимости как плечо, отмечалась в работе [5]. В области энергий, меньших ширины запрещенной зоны, в работе [3] отмечался максимум с энергией 1.45 eV при температуре жидкого азота, который пропадал при комнатной температуре. В работе [4] наблюдались слабые пики фоточувствительности в диапазоне энергий от 1.4 до 1.9 eV, которые исчезали во влажной атмосфере, что свидетельствует, по-видимому, о их связи с поверхностью. Никаких предположений о природе фоточувствительности в этой области не выдвигалось. Фотопроводимость в области 1.65 eV в наших экспериментах наблюдалась на образцах с разным составом примесей, однако среди образцов с одной и той же примесью не все имели фоточувствительность в этой области. Это позволяет сделать вывод о том, что этот эффект не связан с примесным механизмом. По нашему мнению, наиболее вероятной причиной его появления является наличие в образцах прослоек с другой политипной структурой. Рентгеноструктурные исследования, проводившиеся нами ранее [7], показали, что большинство кристаллов SnS2 представляет собой сростки двух и более политипов. Следующими по распространенности после 1H являются политипы, обозначаемые по слоям серы 4H и 6H, ширины запрещенных зон которых равны соответственно 1.89 и 1.59 eV [1]. Наличие в некоторых образцах тонких прослоек этих политипов может привести к появлению фоточувствительности в длинноволновой области. В спектрах фотоэдс также наблюдается широкий максимум в этой области, положение которого почти такое же, как в спектрах фотопроводимости. Как видно из рисунка, главный максимум в спектре фотоэдс располагается при энергии 2.5 eV, и его природа, несомненно, та же, что и у максимума при энергии 2.3 eV в фотопроводимости, т. е. непрямые переходы электронов из валентной зоны в абсолютный минимум зоны проводимости. Некоторый сдвиг этого максимума в коротковолновую область, очевидно, связан с тем, что фотоэдс образуется за счет разделения электронно-дырочных пар в области, имеющей протяженность порядка диффузионной длины от металлического контакта. Если диффузионные длины много меньше размеров образца, то максимум фотоэдс придется на область сильного поглощения в глубине фундаментальной полосы, т. е. сместится в коротковолновую область спектра. Отметим одну интересную особенность спектральной зависимости фотоэдс, которая может найти практическое применение. На некоторых образцах в области главного максимума наблюдалось изменение знака фотоэдс с изменением длины волны падающего света. Для объяснения этого эффекта требуются дополнительные исследования. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 97-02-18300).
  1. S. Acharya, O.N. Srivastava. Phys. Stat. Sol. (a) 65, 2, 717 (1981)
  2. Г.Б. Дубровский, Н.С. Жданович. ФТТ 38, 1, 272 (1996)
  3. S.G. Patil, R.N. Tredgold. J. Phys. D4, 5, 718 (1971)
  4. R. Nakata, M. Yamaguchi, S. Zembutsu, M. Sumita. J. Phys. Soc. Jap. 32, 4, 1153 (1972)
  5. T. Shibata, Y. Mukanushi, T. Miura, T. Kishi. J. Phys. Chem. Sol. 51, 11, 1297 (1990)
  6. G. Domingo, R.S. Itoga, C.R. Kannewurf. Phys. Rev. 143, 2, 536 (1966)
  7. А.В. Голубков, Г.Б. Дубровский, А.В. Прокофьев. ФТТ 36, 9, 2666 (1994)

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.