СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
SOLAR ENERGY
Статья поступила в редакцию 27.04.15. Ред. рег. № 2237 The article has entered in publishing office 27.04.15. Ed. reg. No. 2237
УДК 621.315.592
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА у-ОБЛУЧЕННЫХ p-GaSe
Г.И. Исаков, А.А. Исмаилов, Ф.И. Сеидов1, А.А. Исмаилов1
Институт Физики НАН Азербайджана А7-1143, Баку, пр. Г. Джавида 33 Тел.: +994125630574, эл. почта: gudrat.isakov@gmail.com, alekper-size@rambler.ru
'Азербайджанский Технический Университет AZ1073, пр. Г. Джавида, 25 Тел.: +994125383344
doi: 10.15518/isjaee. 2015.02.002
Заключение совета рецензентов: 29.04.15 Заключение совета экспертов: 05.05.15 Принято к публикации: 07.05.15
Установлено, что появление высоко концентрационного ловушечного уровня в запрещенной зоне связано с процессами легирования и облучения в монокристаллах р-GaSe, в результате которых появляются новые структурные дефекты. Эти дефекты влекут за собой ряд изменений: сужение разброса ловушечных состояний вблизи уровня Ферми, уменьшение среднего расстояния между прыжками, а также уменьшение энергии активации. Эти исследования могут быть полезными при создании солнечных элементов.
Ключевые слова: параметры локальных уровней, уровень Ферми, сужение разброса ловушечных состояний, акцепторные уровни, радиационные дефекты.
ELECTRICAL PROPERTIES OF у-IRRADIATED p-GaSe G.I. Isakov, A.A. Ismailov, F.I. Seidov1, A.A. Ismailov1
Institute of Physics of Azerbaijan National Academy of Sciences AZ-1143. H. Javid Ave. 33 Tel.: +994125630574, e-mail:gudrat.isakov@gmail.com, alekper-size@rambler.ru
1Azerbaijan Technical University AZ1073, H. Javid Ave. 25 Tel.: +994125383344
doi: 10.15518/isjaee. 2015.02.002
Referred 29.04.15 Expertise 05.05.15 Accepted 07.05.15
Appearance of high concentration of trap levels in the band gap associated with the processes of doping and irradiation in single crystals of p-GaSe is found. In the result, new structural defects appear. These defects entail a number of changes: narrowing the spread of trap states near the Fermi level, reducing the average distance between the jumps, as well as decrease of in the activation energy. These studies can be particularly useful at solar cells design.
Keywords: local level parameters, Fermi level, reduction of trapping state spread, acceptor levels, radiation defects.
Г.И. Исаков, A.A. Исмаилов, Ф.И. Сеидов, A.A. Исмаилов ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА у-ОБЛУЧЕННЫХ p-GaSe
Сведения об авторе: старший научный сотрудник Института физики Национальной академии наук Азербайджана.
Образование: физический факультет Азербайджанского государственного
педагогического университета
Область научных интересов: физика твердого тела, эвтектические композиции полупроводник-металл, полупроводник-
сверхпроводник, сверхпроводимость и эффект Джозефсона, традиционная и альтернативная энергетика, создание государственных стратегических программ.
Публикации: около 100 научных работ, свыше 100 работ по социально-экономическим и общественно-политическим вопросам..
Information about the author: Senior researcher at Institute of Physics of Azerbaijan National Academy of Sciences
Education: Physical Faculty of Azerbaijan Teachers Training State University.
Research interests: solid state physics, eutectic compositions semiconductor-metal, semiconductor-superconductor, Josephson effect, traditional and alternative energy, strategic programs.
Publications: about 100 scientific papers, more than 100 papers devoted to social and economic issues.
Исаков
Гудрат Исакович Опйга I. Ьаког
Введение
Слоистые монокристаллы ва8е изучены довольно подробно [1-3], однако они до сих пор привлекают внимание исследователей.
Благоприятное сочетание электрических и оптических свойств ва8е представляют практический интерес для создания на их основе электрооптических модуляторов света и различных твердотельных преобразователей [4]. Сильная анизотропия химических связей (сильная ионно-ковалентная связь внутри слоя и слабая Ван-дер-Ваальсовая связь между слоями) позволяет проводить эффективное легирование
монокристаллов ва8е [1]. Существенное влияние на электрические свойства монокристаллов ва8е оказывают концентрация и тип введенных примесей. Например, введение олова в ва8е приводит к компенсации акцепторных уровней, концентрация которых в ва8е достигает 1017-1018 см [5]. В работе [5] показана проводимость легированных оловом монокристаллов р-ва8е в широкой области электрических полей и температур. Установлено, что при Т<200 К имеет место прыжковая проводимость с переменными длинами прыжка. Прыжковый перенос заряда в кристаллических и аморфных легированных полупроводниках является объектом интенсивных экспериментальных исследований. В системе ва-8е образуются два бинарных соединения: ва8е и ва28е3, которые плавятся конгруэнтно при 1210 К и 1283 К, соответственно.
Целью работы являлось изучение влияния у-облучения на параметры локальных уровней в р-ва8е и р-ва8е <Т1> при постоянном токе.
Эксперимент
Для исследований были синтезированы образцы р-ва8е, р-ва8е <1 аг % Т1>, р-ва8е<2аг % Т1> и р-ва8е <2,5 аг % Т1> непосредственным сплавлением исходных составляющих из особо чистых компонент Т1 "ТЛ-00", ва- 99,999% и 8е "ОСЧ 17-3", взятых в стехиометрических соотношениях с точностью взвешивания 10-5 г. Перед загрузкой внутренние
поверхности ампулы, изготовленные из плавленого кварца, обрабатывались смесью из 1 части плавиковой и 10 частей азотной кислоты. Затем ампулы промывали проточной, а далее дистиллированной водой. Ампулы просушивали в термостате под непрерывной откачкой до давления 10-2 мм.рт.ст. После этой процедуры в ампулы загружались исходные компоненты (общий вес загрузки ~40 г.), а затем откачивались и отпаивались под вакуумом 10-4 мм.рт.ст. Синтез монокристаллов р-ва8е, р-ва8е <1а1 % Т1>, р-ва8е<2а1 % Т1> и р-ва8е <2,5а1 % Т1> проводился в ампулах диаметром 15-20 мм, длиной 150-200 мм, частично погруженных в синтезную печь. При этом «холодный» конец ампулы служит для сброса и стабилизации суммарного давления паров компонентов во время синтеза. Необходимость в таком методе возникает при синтезе соединений с летучими компонентами, давление паров которых при температуре плавления достаточно велико, что создает в свою очередь угрозу разрыва ампулы.
Печь для синтеза сплавов крепилась на подставке, позволяющей принимать любые удобные для синтеза положения. Печь состояла из основной и дополнительной обмотки. Эксперименты показали, что взрыв ампулы обусловлен не только давлением паров, но и взрывным характером самой реакции образования этих соединений, начинающихся при температурах, значительно ниже температуры плавления соединений и протекающих с большим выделением тепла. Поэтому в начальный момент синтеза ампула со стехиометрической загрузкой помещалась на 3-5 см в горизонтально расположенную печь с температурой, близкой к температуре плавления (9600С). Спустя 3-4 минуты в части ампулы, находящейся внутри печи, начинается бурно протекающая реакция. Часть продукта, не вступающего в реакцию образования соединения, конденсировалась в холодной части ампулы. По мере уменьшения интенсивности реакции, ампула слегка вдвигалась внутри печи. Тем самым происходила подпитка реакционной зоны сплавом из холодной части ампулы. Постепенным выдвиганием ампулы в печь предотвращался неконтролируемый процесс
№ 02 (166) 2015
синтеза, ограничивалось развитие высокого давления в ампуле и ее разрыва. Процесс от начала синтеза до полного выдвижения ампулы в печь занимал 4 часа. После этой процедуры ампула выдерживалась при температуре плавления в течение 4-5 суток, а затем медленно охлаждалась. Скорость охлаждения не превышала 4-5оС/час. После синтеза полученные поликристаллы методом горизонтальной зонной плавки подвергались предварительной очистке. Для получения монокристаллов был использован метод Бриджмена-Стокбаргера [6].
Дифрактограммы снимали (ДРОН-3,0) как от синтезированных поликристаллических образцов, так и от их соответствующих монокристаллов 0а8е<Т1>(0; 1; 2; 2,5а!% Т1). Образцы брали из различных частей слитков. Дифрактограммы были идентичны, что свидетельствует об однофазности всех составов. Рентгеновские измерения подтвердили гексагональную слоистую структуру (пр.гр. В13Ь) полученных кристаллов и их однородность по составу. Параметры элементарной ячейки нелегированного ва8е, рассчитанные по линиям с 29 > 60°, составили а=3,755±0,001А; с=15,945±0,002А, т.е. были получены кристаллы е-политипа.
у-облучение образцов проведено на РХУНД-20000 (радиационно-химическая установка непосредственного действия) от источника Со60. Энергия у-квантов составляла 1,25 МэВ.
Нами были проведены измерения электропроводности р-ва8е, р-ва8е <1 а! % Т1>, р-ва8е<2а1 % Т1> и р-ва8е <2,5 а! % Т1> в температурном интервале 100-294 К при постоянном токе. Все полученные образцы подверглись воздействию у-облучения с дозой 100 крад. Были исследованы также электропроводности всех облученных образцов.
Результаты и их обсуждение
На рис. 1 показаны температурные зависимости необлученных и облученных слоистых монокристаллов р-ва8е, р-ва8е <1 а! % Т1>, р-ва8е<2а1 % Т1> и р-ва8е <2,5 а! % Т1> в температурном интервале 100-294 К при постоянном токе.
Для объяснения результатов, полученных из эксперимента, использована теория Мотта [7]. Мы сравнивали также и параметры необлученных, и облученных монокристаллов [1]. Из рис. 1 видно, что электропроводность легированных образцов выше, чем нелегированного р-ва8е и с ростом концентрации примесей Т1 она растет. Наблюдается также рост электропроводности всех облученных монокристаллов по сравнению с необлученными монокристаллами. В первом случае рост электропроводности связан с ростом концентрации носителей заряда с легированием, а во втором случае - с действием радиации.
3 4 5 б,7 8 9 10 ю3 /Т, К-1
Рис. 1. Температурные зависимости темновой омической проводимости монокристаллов р- GaSe (1), р-GaSe <1 at. % Tl> (2), р-GaSe <2at. % Tl> (3) и р-GaSe <2,5 at. % Tl> (4) и облученными с дозой Dy=100 крад Tl 0(1,a), 1(2,a), 2(3,a), 2,5 at. % (4,a).
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.