CC BY
156
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ____________________________________2008, том 51, №8_______________________________
ФИЗИКА
УДК 539.21:537.31
Х.С.Каримов, академик АН Республики Таджикистан Х.М.Ахмедов, К.Кабутов,
*
И.Муртаза
ВОЛЬТ-АМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕТЕРОПЕРЕХОДОВ НА ОСНОВЕ ФТАЛОЦИАНИНОВ
Сравнительно низкая стоимость органических полупроводников и технологии их изготовления [1,2] является главным стимулом в исследовании их свойств, в частности полимеров с сопряженными связями, олигомеров и низкомолекулярных органических веществ.
Для улучшения характеристик приборов, особенно фотоэлектрических элементов, создание гетероструктур представляется наиболее оптимальным техническим решением. Фталоцианины и особенно фталоцианин меди (ФМ) являются хорошо изученными фоточув-ствительными органическими полупроводниками. ФМ поглощает в широком спектре от инфракрасного (ИК) видимого до ультрафиолетового (УФ) излучений включительно. Ширина запрещенной зоны ФМ находится в интервале 1.6...2.0 эВ и зависит от технологии получения материала [3,4].
В последние годы фталоцианин никеля (ФН) широко исследуется ввиду потенциальных возможностей его использования при создании солнечных элементов и датчиков различных газов. Одним из важнейших преимуществ ФН в сравнении с ФМ является сравнительно высокая подвижность носителей заряда (0.1 см /В с) [5]. Ширина запрещенной зоны ФН равна 2.2 и 3.2 эВ для непрямых и прямых переходов [6].
Размеры молекул и кристаллическая структура ФМ и ФН являются идентичными [3], данные полупроводники относятся р-типу и, как правило, легируются кислородом в процессе получения пленок. Кроме того, оба полупроводника образуют с некоторыми металлами, например алюминием, гетеропереходы типа Шоттки [7]. Учитывая, что ширина запрещенной зоны ФН больше, чем у ФМ, представлялось рациональным создание структуры ПС/ФН/ФМ/Ал с двумя гетеропереходами, где ПС - проводящее стекло, Ал - алюминий, и исследование вольт-амперных характеристик ввиду их важности для оценки свойств различных приборов, которые могли быть созданы на основе этих структур.
ФН и ФМ были приобретены у фирмы Sigma-Aldrich (рис.1).Тонкие пленки ФН и ФМ были последовательно получены вакуумным испарением на подложку из проводящего стекла (ITO) при температуре 400-450oC и вакууме 10-4 Pa на установке Edwards AUTO 306. Скорость осаждения пленок была равна 2 нм/мин. Спектры поглощения пленок исследованы на установке Perkin Elmer Lambda 19 UV/VIS/NIR: длины волн поглощения лежали в диапазоне 200-1000 нм. В завершение на пленку ФМ была осаждена пленка алюминия. Толщина пле-
нок в интервале 25-75 нм контролировалась и оценивалась встроенным в установку кварцевым измерителем толщины (Edwards FTM5 film thickness monitor).
Рис.1. Молекулярная структура фталоцианина меди или никеля: М - атом металла (медь или никель).
На рис.2 приведена структура образца ПС/ФН/ФМ/Ал. Эффективная поверх-
2 2 ность образца - 80 мм (размеры 10х8 мм ).
Для улучшения параметров образцов осуществлялся отжиг при температуре 150оС в течение 2 ч. В качестве источников света использовались лампы накаливания. Облучение осуществлялось со стороны подложки (проводящего стекла). Напряжения и токи измерялись цифровыми приборами при комнатной температуре.
4
G'.a:
Рис.2. Структура образца ПС/ФН/ФM/Aл: 1 - проводящее стекло, 2 - фталоцианин никеля, 3 - фталоцианин меди, 4 - алюминий, 5 и б - электроды.
Рис.3. Вольт-амперные характеристики образца
ПС/ФН/ФM/Aл при комнатной температуре в темновых условиях (1) и при освещении (2) лампой накаливания.
* V»U\|V « *
Исследование вольт-амперных характеристик образцов ПС/ФН/ФМ/Ал в темновых условиях и при освещении лампой накаливания (340 лк) показало, что характеристики являются нелинейными и выпрямляющими (рис.3). Прямые ходы обеих характеристик совпадают, а обратные характеристики зависят от освещенности и существенно различаются. Для образцов с толщиной пленки каждого слоя ФН и ФМ в 75 нм, коэффициент выпрямления темновых характеристик равен 4 при напряжении 5 В, отношение фототока к темновому было равно 5. Характер вольт-амперных характеристик в принципе такой же, как и у традиционных фото-диодов на основе неорганических полупроводников.
Для анализа темновых вольт-амперных характеристик обычно используется модифицированное уравнение Шоккли [3]:
пкТ
о)
-'Чй
где и являются эффективным последовательным и параллельным сопротивлениями образца ПС/ФН/ФМ/Ал. I и V - экспериментально измеренный ток и напряжение, п - коэффициент идеальности вольт-амперной характеристики, к - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура и 10 обратный ток насыщения [7]:
1„=А*Т-Ехр(-^), (2)
к1
где А* - постоянная Ричардсона, ^Ф - высота потенциального барьера (барьера Шоттки [7]).
Эффективное сопротивление перехода =^~ можно легко определить из Вольтер I
амперной характеристики. Параллельное Язи и последовательное Яз сопротивления были определены как максимальное (9.1 MQ) и минимальное (2.2 MQ) сопротивления перехода при соответственно обратном и прямом направлении токов, текущих через переход. В первом приближении, используя выражение (1) для случая малых токов и напряжений, можно определить обратный ток насыщения 10 = 0.007 ^. Используя известное для структуры
* ТОО
Au/NiPc/Al значение ^Ф = 0.96 eV [4-6], можно определить, что A = 1.28-10 A/K ^ .
Таким образом, исследованы в темновых условиях и при освещении вольт-амперные характеристики гетероструктур на основе фталоцианинов меди и никеля и определен ряд их параметров. Данные гетероструктуры могут быть использованы при разработке электронных приборов, используемых в измерительной технике.
Центр по исследованию и использованию Поступило 8.06.2008 г.
возобновляемых источников энергии при Физико-техническом институте им.С.У. Умарова,
Н«
Институт прикладных наук и технологии им.Гулам Исхак Хана, Пакистан.
ЛИТЕРАТУРА
1. Alif Al-Shawabken, Haitham A.Al-Wahab, Yousif A.Shahab. - Optoelectronics and Advanced MaterialsRapid Communications, v.1, № 4, р.186-188, April 2007.
2. Takurou N. Murakami, Norimichi Kawashima,Tsutomu Miyasaka. - Chem. Commun, v.10, №.11, р. 3346-3348, November 2005.
3. Fedorov M.I. D.Sc., Thesis, Ryazan, Russia 2004.
4. Shafai T.S., Anthopoulos T.D. - Thin Solid Film, v.398-399, р.361-367, April 2001.
5. Anhopoulos T.D., Shafai T.S. - Journal of Physics and Chemistry of Solids, v.64, р .1217-1223, October 2003.
6. Binu P.R., Joseph C.M., Shreekrishnakumar K., Menon C.S. - Materials Chemistry and Physics , v. 80, р.591-594, May 2003.
7. Neamen D. A., Richard D. Irwin, Inc., USA, 1992.
Х.С.Каримов, Х.М.Ахмедов, К.Кабутов, И.Муртаза
НИШОНДИХ,АНДАХ,ОИ ВОЛТ-АМПЕРИИ ГЕТЕРОГУЗАРИШ^О ДАР АСОСИ ФТАЛОСИАНИЩО
Дар макола нишондих,андах,ои волт-амперии гетеросохторх,о дар асоси фталосианинх,ои мис ва никел дар шароити торикй ва равшанй тахдик гардида, як катор параметрх,ои онх,о муайян карда шудаанд.
Kh.S.Karimov, Kh.M.Akhmedov, K.Kabutov, I.Murtaza CURRENT-VOLTAGE CHARACTERISTICS OF HETEROJUNCTIONS BASED ON PHTHALOCYANINES
It was made an investigation on current-voltage characteristics of heterojunctions based on phthalocyanines of copper and nickel at dark condition and under illumination. It was estimated a number of parameters of the I-V characteristics.
