CC BY
3ФИЗИКА (PHYSICS)
УДК 53
Пашикова Т.Д.
преподаватель кафедры общей физики Туркменский государственный университет им. Махтумкули (г. Ашхабад, Туркменистан)
Хайиткулиев С.
преподаватель кафедры общественных наук Туркменский государственный университет им. Махтумкули (г. Ашхабад, Туркменистан)
Бегенджова Г.М.
преподаватель кафедры радиофизики и электроники Туркменский государственный университет им. Махтумкули (г. Ашхабад, Туркменистан)
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО AU-GA203-N-GAAS0.6P0.4 ДИОДА ШОТТКИ
Аннотация: разработаны высокоэффективные фотоприемники (ФП) видимого и УФ излучения на основе Аи-окисел (Ga203)-n-GaAs0.6P0.4 наноструктур. Использование фильтра УФС-2 вместо сапфирового окна, в стандартном корпусе существенно смещает максимум спектра фоточувствительности коротковолновой УФ области (hvm —3,65 эВ). Такой фотоприемник чувствителен только к УФ излучению экологического диапазона (hv=3,1-4,43 eV).
Ключевые слова: УФ фотоприемники, МДП-структура, фоточувствительность, УФС-2 фильтр, экологические исследования.
В данной работе приводятся результаты исследований фотоэлектрических свойств наноструктур Au-OKC^a-n-GaP0.4As0.6 с разной толщиной окисного слоя (10-100 А) в видимой и УФ областях спектра. Исследовались вольт-амперные (I-U), вольт-фарадные (C-U) характеристики и спектр фототока короткого замыкания (Iffi-hv) в диапазоне энергий фотонов 1.5-5.5 эВ при 300 К. В исследованных GaP0.4As0.6 m-s-структурах диэлектрические (Ga203) слои были разной толщины, наибольшая - 10 нм. Конструктивная схема фотоприемника представлена на рис. 2, а. и рис. 5, а. Морфология поверхности наноструктур Au-OKC^a-n-GaP0.4As0.6 исследовалась при помощи АСМ (рис.1 а, б).
Рис 1.
а) 2D изображение поверхности наноструктур Au- Ga203-n-GaP0.4As0.6,
полученные на АСМ. Образец №3.
б) Трехмерное (3D) изображение поверхности наноструктур Au- Ga203-n-
GaP0.4As0.6, полученные на АСМ. Образец №3.
Зависимость прямого темнового тока от напряжения (I-U), в интервале плотностей токов 10-7-10-2А/см2 оказалось экспоненциальной I=I0exp(qU/|3kT). Из этой зависимости определялся коэффициент идеальности структур (3. В наших экспериментах коэффициент |3 зависел от толщины промежуточного диэлектрического слоя 5 [1]. Из эллипсометрических, 1-U и C-U
экспериментальных данных была установлена эмпирическая зависимость 5 от
Эта зависимость оказалась линейной (рис. 2, б): 8=а(|3-1), где эмпирический коэффициент а=125 А. Данное эмпирическое соотношение использовалось для определения бив других структурах по измеренным для них значениям р. При освещении разных структур (с разными коэффициентами (3) ультрафиолетовым светом с энергией фотонов Ьу=3.4 эВ нами установлена оптимальная толщина оксидного слоя (Са203) для создания УФ фотоприемников. Установлено, что оптимальная толщина составляет 5~30-60А. Основные результаты исследований фоточувствительности (ФЧ) структур Аи-окисел-п-СаА50.6Р0.4 проиллюстрированы на рисунках 3,4.
Р-
10 п и 16 1-8 2.0
Рис 2.
1.0
а
11
280 24а
I
0
15 го г5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5-5
Рис 3. Рис 4.
15 20 2.5 3.0 15 4-0 4.5 50 55 Ц ЭВ
На рис.3 представлены спектры фототока структур Аи-окисел-п-ОаАз0.6Р0.4 с различной толщиной диэлектрического слоя 6=10-90 А ({3=1.07-1.70). В структурах с очень тонким диэлектрическим слоям (8-10 А, рис.3, кривая-1) не возникает препятствия для перехода фотодырок из полупроводника в металл, но зато велика вероятность перехода горячих фотоэлектронов из полупроводника в металл, что уменьшает коротковолновую
В структурах с относительно толстым диэлектрическим слоям (6-83 А, рис.3, кривая-3) переход фото дырок в металл затруднен и они накапливаются вблизи границы полупроводник-диэлектрический слой, что приводит к их рекомбинации с фотоэлектронами и, следовательно, к уменьшению коротковолновой ФЧ. В структурах, в которых 5=47 А, диэлектрический слой достаточно толст, чтобы заметно затруднить переход горячих фотоэлектронов из полупроводника в металл, в то же время достаточно тонок, чтобы не сильно препятствовать переходу фотодырок из полупроводника в металл. Здесь относительная коротковолновая ФЧ [Ш)(4.0 эВ) / ИОфут)] в 1.5-2 раза выше, чем в структурах с очень тонким (8=10 А) и относительно толстым (8=83 А) диэлектрическими слоями.
В результате были разработаны ФП УФ излучения на основе Аи-Са203-п-ОаАзО.бРСМ наноструктур с оптимальной толщиной оксидного слоя (8=30-60 А, рис. 3, кривая 2). Их можно использовать в экологическом диапазоне УФ части солнечного спектра Х=280-400 нм (1ту=3.1-4.43 эВ). ФП в указанном диапазоне УФ излучения имеют практически постоянную ФЧ (81=0.15 А/Вт, рис.4, кривая-1).
ЦБв-г Ли-ОаЮ^-п-ОаЛвобРол
Ьу
,От.к.
р-—- Х«=340||т (Ьу=3.65еУ)
О
200 250 300 350 400 450
Рис 5.
Для применения ФП в качестве основного элемента интенсиметра и дозиметра спектр его токовой фоточувствительности корректируется светофильтрами УФС-1 (сКЗ мм, рис.4, кривая-2) или УФС-2 ((1=2 мм, рис.4, кривая-3). Использование фильтра УФС-2 вместо кварцевого окна в стандартном корпусе существенно смещает максимум спектра ФЧ в коротковолновую УФ область (11утах=3.65 эВ, рис.4, кривая-3). Такой фотоприемник чувствителен только к УФ излучению экологического диапазона ^=280-400 нм (рис.5, Ь). Установлено, что при прямом солнечном освещении ФП с фильтром УФС-2, зависимость 1ГО от плотности потока излучения Р в интервале Р= 10-3-102 Вт/м2 линейная, т.е. Ш)=аР, где а - коэффициент пропорциональности, для каждого ФП постоянная величина. Созданный ФП на основе Аи-оксид-п-ОаА80.6Р0.4 наноструктур использован для измерения интенсивности УФ излучения Солнца, достигающего земной поверхности и его дозы.
Таким образом, созданные наноструктурированные фотоприемники по конструкции и технологии выгодно отличается от известных СаРхА81-х фотоприемников [2] и имеет более высокую ФЧ в коротковолновой УФ области спектра [3].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Card Н.С., Rlioderick Е.Н. Studies of tunnel MOS diodes. I. Interface effects in silicon Schottky diodes//J. Phys. D.: Appl. Phys. -1971, -Vol.4, -p.1589-1601.
2. Каталог "Hamamatsu" Фотоприемники Si, GaAsP, GaP. - Япония, 2012.
3. Мелебаев Д., Туджанова И.Н., Пашикова Т.Д. Фотоприемник ультрафиолетового излучения на основе Au-Ga203(Fe)-n-Ga As0.6 Р0.4 наноструктур// Тезисы докладов XIV Российской конференции по физике полупроводников "Полупроводники - 2019" Новосибирск, - М.Издательство Перо, 2019. DOI 10.34077/ RCSP 2019-147.
Pashikova I.D.
Magtymguly Turkmen State University (Ashgabat, Turkmenistan)
Hayitkuliyev S.
Magtymguly Turkmen State University (Ashgabat, Turkmenistan)
Begenjova G.M.
Magtymguly Turkmen State University (Ashgabat, Turkmenistan)
ELECTRICAL PROPERTIES OF THE Au-Ga203-n-GaAs0.6P(M NANOSTRUCTURED SCHOTTKY DIODE
Abstract: highly efficient photodetectors of the visible and UV radiation were developed on the basis of Au-oxide (Ga203)-n-GaAs0.6P0.4 nanostructures. Using filter Y0C-2 (ultraviolet glass) filter instead of the sapphire window in the standard case essentially shifts the spectrum maximum of photosensitivity shortwave UV region (hvm^3,65 eV). This detector is sensitive only to the UV radiation of ecological range (hv=3,1-4,43 eV).
Keywords: UV photodetectors, MDS-structure, photosensitivity, UFS-2 filter, environmental study.
