"Физика и техника полупроводников"
Вышедшие номера
Электрические и оптические характеристики пленок из наночастиц Si, нанесенных на подложки высоковольтным электронапылением из золей в этаноле
Переводная версия: 10.1134/S1063782619040158
Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ), Конкурс проектов фундаментальных научных исследований, №17-03-01269
Кононов Н.Н. 1, Давыдова Д.В.2, Бубенов С.С.2, Дорофеев С.Г.2
1Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, Россия
2Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (химический факультет), Москва, Россия
Email: nnk@kapella.gpi.ru, dorofeev_sg@mail.ru
Поступила в редакцию: 25 сентября 2018 г.
Выставление онлайн: 20 марта 2019 г.

Oписываются результаты исследования оптических и электрических характеристик пленок из нанокристаллов кремния (nc-Si) , нанесенных на подложки посредством высоковольтного электрораспыления золей nc-Si в этаноле. Обнаружено, что взаимодействие капель этанола, несущих наночастицы Si, с электрическим полем коронного разряда приводит к полимеризации этанола и образованию полимерного слоя на поверхности наночастиц Si. Высоковольтная установка для напыления пленок посредством дополнительного фокусирующего электрода позволяла изменять геометрию и напряженность электрического поля в области потока капель этанола. Как следствие, удалось получить пленки nc-Si, в которых свойства полимера на поверхности наночастиц качественно различались: пленки nc-Si_А и nc-Si_В (полученные без фокусирующего электрода и с электродом соответственно). При отжиге до 400oС пленок nc-Si_А оптическая ширина запрещенной зоны Eg увеличивается от ~1.9 до ~2.2 эВ, в то время как Eg пленок nc-Si_В остается постоянной и составляет 1.85 эВ. Постоянство Eg пленок nc-Si_В объясняется свойствами полимера на поверхности наночастиц Si, более эффективной блокировкой проникновения кислорода из окружающей атмосферы при отжиге до 400oС, чем в случае полимера в пленках nc-Si_А. Tемпературные зависимости проводимости (темновая и с фотовозбуждением) пленок nc-Si_А с хорошей точностью аппроксимируются двумя экспоненциальными функциями активационного типа, причем темновые энергии активации составляют ~0.75 и 0.1 эВ соответственно. Проводимость пленок nc-Si_А заметно уменьшается при воздействии на образцы излучением с длинами волн 460-470 нм. Температурные зависимости проводимости пленок nc-Si_В с хорошей точностью аппроксимируются экспоненциальными функциями активационного вида с энергиями активации 0.73 (темновая) и 0.59 эВ (с фотовозбуждением). В отличие от пленок nc-Si_А фотопроводимость пленок nc-Si_В увеличивается более чем в 4 раза относительно темновой при аналогичном освещении. Пленки nc-Si_В являются фотоактивными, сaндвич-подобные структуры Al/nc-Si_В/Al могут генерировать эдс. Темновая проволимость и фотопроводимость пленок nc-Si_А в диапазоне напряжений V≥2 В определяются двухцентровым эффектом Пула-Френкеля; концентрация центров, влияющих на проводимость Пула-Френкеля составляет ~3·1017 см-3. В пленках nc-Si_В в диапазоне напряжений 2-5 В электронный транспорт определяется токами, ограниченными пространственным зарядом (SCLC), а при больших напряжениях --- двухцентровым эффектом Пула-Френкеля. Концентрация ловушек, дающих вклад в SCLC, составляет ~4·1016 см-3. Концентрация центров Пула-Френкеля, влияющих на проводимость, уменьшается по активационному закону с энергией активации 0.7 эВ от 3·1016 до 2·1014 см-3 с уменьшением температуры 120-40oС.
  1. P. Harvey-Collard, D. Drouin, M. Pioro-Ladriere. Appl. Phys. Lett., 104, 193505 (2014)
  2. F.I. Chowdhury, A. Alnuaimi, N. El-Atab, M. Nayfeh, A. Nayfeh. Solar Energy, 125, 332 (2016)
  3. M. Ghafouri, M. Parhizkar, H. Bidadi, S. Mohammadi Aref, A. Olad. Mater. Chem. Phys., 147, 1117 (2014)
  4. M. Ando, H. Miyamoto, H. Naito, Y. Kanemitsu. J. Non-Cryst. Sol., 299- 302, 1084 (2002)
  5. H.B. Bostan, R. Rezaee, M.G. Valokala, K. Tsarouhas, K. Golokhvast, A.M. Tsatsakis, G. Karimi. Life Sciences, 165, 91 (2016)
  6. A. Gao, X. Yang, J. Tong, L. Zhou, Y. Wang, J. Zhao, H. Maob, T. Li. Biosensors Bioelectronics, 91, 482 (2017)
  7. S. Nakki, J. Rytkonen, T. Nissinen, C. Florea, J. Riikonen, P. Ek, H. Zhang, H.A. Santos, A. Narvanen, W. Xu, V.-P. Lehto. Acta Biomaterialia, 13, 207 (2015)
  8. Nan Liu, Min-Min Shi, Xiao-Wei Pan, Wei-Ming Qiu, Jian-Hui Zhu, Hai-Ping He, Hong-Zheng Chen, Mang Wang. J. Phys. Chem. C, 112, 15865 (2008)
  9. S. Belhousse, F.-Z. Tighilt, S. Sam, K. Lasmi, K. Hamdani, L. Tahanout, F. Megherbi, N. Gabouze. Appl. Surf. Sci., 421, 134 (2017)
  10. H. Zhao, A. Du, M. Ling, V. Battaglia, G. Liu. Electrochimica Acta, 209, 159 (2016).
  11. J. Hernandez-Montelongo, N. Naveas, S. Degoutin, N. Tabary, F. Chai, V. Spampinato, G. Ceccone, F. Rossi, V. Torres-Costa, M. Manso-Silvan, B. Martel. Carbohydrate Polymers, 110, 238 (2014)
  12. N. Chehata, A. Ltaief, B. Ilahi, B. Salem, A. Bouazizi, H. Maaref, T. Baron, P. Gentile. J. Luminesc., 156, 30 (2014)
  13. Н.Н. Кононов, Г.П. Кузьмин, А.Н. Орлов, А.А. Сурков, О.В. Тихоневич. ФТП, 39, 868 (2005)
  14. S.G. Dorofeev, N.N. Kononov, S.S. Bubenov, P.A. Kotin, A.N. Zolotykh, D.V. Grigoriev. Batteries, 3 (4), 31 (2017). DOI: 10.3390/batteries 3040031
  15. H. Matsuura, S. Ushiba, M. Komatsu, T. Tanikawa. Phys. Chem. Chem. Phys., 6, 2994 (2004)
  16. А. Меден, М. Шо. Физика и применение аморфных полупроводников (М., Мир, 1991) [A. Madan, M.P. Shaw. The Physics and Applications of Amorphous Semiconductors (Academic Press, Inc., 1988)]
  17. С.Г. Дорофеев, Н.Н. Кононов, А.А. Ищенко, Р.Б. Васильев, М.А. Гольдштрах, К.В. Зайцева, В.В. Колташев, В.Г. Плотниченко, О.В. Тихоневич. ФТП, 43 (11), 1460 (2009)
  18. F.R. Shapiro, D. Adler. J. Non-Cryst. Sol., 74, 189 (1985)
  19. S.D. Baranovskii, P. Thomas, G.J. Adriaenssens. J. Non-Cryst. Sol., 190, 283 (1995)
  20. S.D. Baranovskii. Phys. Status Solidi B, 251 (3), 487 (2014). doi:10.1002/pssb.201350339
  21. P. Mark, W. Helfrich. J. Appl. Phys., 33, 205 (1962)
  22. V. Kumar, S.C. Jain, A.K. Kapoor, J. Poortmans, R. Mertens. J. Appl. Phys., 94 (2), 1283 (2003). doi: 10.1063/1.1582552
  23. Z. Shen, U. Kortshagen, S.A. Campbell. J. Appl. Phys. 96 (4), 2204 (2004). doi: 10.1063/1.1763991
  24. M.A. Rafiq, Y. Tsuchiya, H. Mizuta, S. Oda, S. Uno, Z.A.K. Durrani, W.I. Milne. Appl. Phys. Lett. 87, 182101 (2005). doi: 10.1063/1.2119431
  25. S. Furukawa, T. Kagawa, N. Matsumoto. Sol. St. Commun., 44 (6), 927 (1982)
  26. M. Ghafouri, M. Parhizkar, H. Bidadi, S. Mohammadi Aref, A. Olad. Mater. Chem. Phys., 147, 1117 (2014)
  27. М.К. Керимов, М.А. Курбанов, И.С. Султанахмедова, И.А. Фараджзаде, Ф.Н. Татардар, Х.С. Алиев, Ф.Ф. Яхъяев, У.В. Юсифова. ФТП, 44 (7), 934 (2010)
  28. Н.Н. Кононов, С.Г. Дорофеев. ФТП, 51 (5), 637 (2017)
  29. R.M. Hill. Phil. Mag., 23 (181), 59 (1971). DOI: 10.1080/14786437108216365
  30. M. Nardone, M. Simon, I.V. Karpov, V.G. Karpov. J. Appl. Phys., 112, 071101 (2012)
  31. D. Ielmini, Y. Zhang. J. Appl. Phys., 102, 054517 (2007)
  32. D. Ielmini. Phys. Rev. B, 78, 035308 (2008)
  33. Н. Мотт, Э. Дэвис. Электронные процессы в некристаллических веществах, т. 1 (М., Мир, 1982) [N.F. Mott, E.A. Davis. Electronic Processes in Non-Crystalline Materials, 2nd edn (Clarendon, Oxford, 1979)]
  34. C.R. Wronski, R.E. Daniel. Phys. Rev. B, 23 (2), 794 (1981)
  35. J. Kakalios, R.A. Street, W.B. Jackson. Phys. Rev. Lett., 59 (9), 1037 (1987)
  36. W.B. Jackson. Phys. Rev. B, 41 (2), 1059 (1990)
  37. H. Fritzsche. Annual Rev. Mater. Res., 31, 47 (2001)
  38. D.L. Staebler, C.R. Wronski. Appl. Phys. Lett., 31, 292 (1977). DOI: 10.1063/1.89674
  39. D.L. Staebler, C.R. Wronski. J. Appl. Phys., 51, 3262 (1980). DOI: 10.1063/1.328084.

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.