КІНЕТИКА ФОТОПРОВІДНОСТІ В КРИСТАЛАХ Ag₂In₂Si(Ge)Se₆

В останні роки халькогенідні напівпровідникові сполуки групи A^IB^IIIX₂^VI привернули увагу завдяки їх можливому застосуванню, як матеріалів, що діють у видимій та інфрачервоній області спектру [1, 2]. Експериментальні результати показують, що фізичні властивості цих кристалів визначаються здебільшого точковими дефектами кристалічної решітки [3]. Використання твердих розчинів на основі  сполук групи A^IB^IIIX₂^VI дає можливість розширити межі їх практичного застосування в оптоелектроніці [4, 5].

В роботі представлені експериментальні дані кінетики фотопровідності Ag₂In₂Si(Ge)Se₆. Кристали вирощенні методом Бріджмена-Стокбаргера. Вимірювання кінетики ФП здійснювалось в температурному інтервалі Т=77 – 300К при збудженні зразка світлом з домішкової області.

При збудженні прямокутними імпульсами релаксаційні процеси мають складний довготривалий характер, який можна пояснити наявністю неоднорідностей в кристалах твердих розчинів Ag₂In₂Si(Ge)Se_{6 .}

Релаксація домішкової ФП описується за експоненціальним законом, при цьому час для кінетики наростання τ_н менший за час кінетики спаду τ_с, що призводить до асиметрії кривих. Вказані особливості кінетики наростання та спаду ФП для кристалів Ag₂In₂Si(Ge)Se₆ представлені на (рис. 1 − 2).

Рис. 1. Кінетика наростання фотопровідності в кристалах Ag₂In₂SiSe₆ і Ag₂In₂GeSe₆ при різних температурах

Кінетика наростання і спаду ФП для кристалів Ag₂In₂Si(Ge)Se₆  має складний часовий характер. При домішковому збудженні в напівпровідниках криві наростання описуються рівнянням [6]:

де ∆ σ_st  − стаціонарна нерівноважна провідність, τ₁ - час релаксації фотопровідності після початку освітлення. Великі значення τ₁  (~ 10¹с) говорять про участь в релаксації ФП пасток: рівнів прилипання, рекомбінаційних рівнів або рекомбінаційних бар’єрів.

Рис. 2. Кінетика спаду фотопровідності в кристалах Ag₂In₂SiSe₆ і Ag₂In₂GeSe₆ при різних температурах

Після виключення засвітки спостерігається кінетика спаду ФП, де можна виділити дві прямолінійні ділянки, що характеризують наявність двох каналів рекомбінації нерівноважних носіїв заряду. Процес релаксації в такому випадку описується сумою двох експонент:

де A≈B≈∆ σ_ct  . Час τ₃  та τ₄  визначали за нахилом прямолінійних ділянок залежності провідності від часу в напівлогарифмічному масштабі (рис.3).

Наявність двох експонент свідчить про участь в рекомбінаційних процесах двох типів центрів захоплення (пасток) з різними перерізами, які створюють рівні енергії в забороненій зоні. Таким чином релаксація ФП досліджуваних зразків характеризується «швидкою» та «повільною» складовою.

Таблиця 1. Часові параметри релаксаційних процесів в кристалах Ag₂In₂SiSe₆ і Ag₂In₂GeSe₆

Висновки. В кристалах Ag₂In₂SiSe₆ і Ag₂In₂GeSe₆ має місце довготривала релаксація. Проаналізовано релаксаційні криві, на основі яких отримано час наростання та час спаду ФП. Релаксаційні процеси зумовлені переходами електронів на дефектні центри.

Робота виконана за підтримки Міністерства освіти та науки України (Договір М/106-2014 від 23.06.2014 року).

Список літератури

1. Electrodeposition of AgInSe₂ films from a sulphate bath / Ueno Y. [et al.]  // Thin Solid Films. – 1990. – V. 189. – №. 1. – P. 91-101.
2. Lerner L. S. CuGaSe₂ and AgInSe₂: Preparation and properties of single crystals / Lerner L. S. // Journal of Physics and Chemistry of Solids. – 1966. – V. 27. – №. 1. – P. 1-8.
3. Koughia K.V. In: Advances in Disodered Semiconductors: Transport, Correlation and Structural Defects / K.V. Koughia, I.S. Shlimak // ed. by H. Fritzsche World Scientific Publishing Company – 1990. – V. 3. – P. 213.
4. Lekse J. W. Understanding solid-state microwave synthesis using the diamond-like semiconductor, AgInSe₂, as a case study / Lekse J. W., Pischera A. M., Aitken J. A.  // Materials research bulletin. – 2007. – V. 42. – №. 3. – P. 395-403.
5. Synthesis and characterization of AgInSe₂ for application in thin film solar cells / Mustafa H. et al.  // Thin solid films. – 2007. – V. 515. – №. 17. – P. 7001–7004.
6. Рывкин С. М. Фотоэлектрические явления в полупроводниках / С. М. Рывкин. – М.: Физматгизд, 1963. – 496 с.