Влияние рекомбинационных процессов на температурную зависимость вольт-амперных характеристик структур pSi--n(Si₂)_{1 -- х}(CdS)_х

Аннотация

В результате анализа вольт-амперных характеристик p--n-структур на основе твердых растворов кремния с сульфидом кадмия в интервале значений температуры 293...463 K определена важность влияния рекомбинационных процессов. Показано, что вольт-амперные характеристики этих структур состоят из нескольких специфичных участков. Первый участок удовлетворительно описывается линейной зависимостью, второй и третий участки --- экспоненциальной зависимостью. Появление экспоненциального участка является результатом реализации режима длинного диода, который впервые определен В.И. Стафеевым. Рассчитанные в рамках этого режима параметры позволили определить значимую роль удельного сопротивления переходного слоя n(Si₂)_{1 -- x}(CdS)_x при формировании электрофизических свойств исследованных структур. Результаты анализа третьего участка вольт-амперных характеристик позволяют сделать вывод, что диффузионный механизм играет значимую роль в формировании электрофизических свойств твердых растворов (Si₂)_{1 -- x}(CdS)_x (0 ≤ x ≤ 0,01). Однако с увеличением температуры этот механизм постепенно переходит в дрейфовый. Таким образом, полученные результаты подтверждают важность удельного сопротивления переходного слоя и диффузионного механизма при формировании электрических свойств таких структур. Рекомендовано использовать твердые растворы (Si₂)_{1 -- x}(CdS)_x в качестве активных элементов детекторов, особенно в инжекционном режиме и при создании температурнозависимых оптических систем для фиксации фоновых сигналов и спектров металлов и их сплавов

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Мадаминов Х.М. Влияние рекомбинационных процессов на температурную зависимость вольт-амперных характеристик структур pSi--n(Si₂)_{1 -- х}(CdS)_х. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2025, № 2 (119), с. 35--51. EDN: JBOXKK

Литература

[1] Slyotov M.M., Makhniy V.P., Slytov A.М., et al. Peculiarities of the optical properties of wide-gap II-VI compounds with Mg isovalent impurity. Telecommun. Radio Eng., 2014, vol. 73, iss. 10, pp. 909--914. DOI: https://doi.org/10.1615/telecomradeng.v73.i10.50

[2] Usmonov Sh.N. Influence of GaAs molecules on the photosensitivity of p-Si--n-(GaSb)_{1 -- x}(Si₂)_x and n-GaAs--p-(InSb)_{1 -- x}(Sn₂)_x heterostructures. Appl. Sol. Energy, 2016, vol. 52, no. 3, pp. 211--214. DOI: https://doi.org/10.3103/S0003701X16030178

[3] Saidov A.S., Usmonov Sh.N., Amonov K.A., et al. Photosensitivity of pSi--n(Si₂)_{1 -- x -- y}(Ge₂)_x(ZnSe)_y heterostructures with quantum dots. Appl. Sol. Energy, 2017, vol. 53, no. 4, pp. 287--290. DOI: https://doi.org/10.3103/S0003701X17040132

[4] Li Q., Li X., Yu J. Surface and interface modification strategies of CdS-based photocatalysts. In: Interface Science and Technology, vol. 31. Elsevier, 2020, pp. 313--348. DOI: https://doi.org/10.1016/b978-0-08-102890-2.00010-5

[5] Cheng L., Xiang Q.J., Liao Y.L., et al. CdS-based photocatalysts. Energy Environ. Sci., 2018, vol. 11, no. 6, pp. 1362--1391. DOI: https://doi.org/10.1039/C7EE03640J

[6] Yuan Y.J., Chen D.Q., Yu Z.T., et al. Cadmium sulfide-based nanomaterials for photocatalytic hydrogen production. J. Mater. Chem. A, 2018, vol. 6, no. 25, pp. 11606--11630. DOI: https://doi.org/10.1039/C8TA00671G

[7] Lang D., Xiang Q., Qiu G., et al. Effects of crystalline phase and morphology on the visible light photocatalytic H₂-production activity of CdS nanocrystals. Dalton Trans., 2014, vol. 43, no. 19, pp. 7245--7253. DOI: https://doi.org/10.1039/C3DT53601G

[8] Muruganandam S., Anbalagan G., Murugadoss G. Synthesis and structural, optical and thermal properties of CdS:Zn²⁺ nanoparticles. Appl. Nanosci., 2014, vol. 4, no. 8, pp. 1013--1019. DOI: https://doi.org/10.1007/s13204-013-0284-z

[9] Low J.X., Yu J.G., Jaroniec M., et al. Heterojunction photocatalysts. Adv. Mater., 2017, vol. 29, no. 20, art. 1601694. DOI: https://doi.org/10.1002/adma.201601694

[10] Li Q., Li X., Wageh S., et al. CdS/graphene nanocomposite photocatalysts. Adv. Energy Mater., 2015, vol. 5, no. 4, art. 1500010. DOI: https://doi.org/10.1002/aenm.201500010

[11] Yuan Y.P., Ruan L.W., Barber J., et al. Hetero-nanostructured suspended photocatalysts for solar-to-fuel conversion. Energy Environ. Sci., 2014, vol. 7, no. 12, pp. 3934--3951. DOI: https://doi.org/10.1039/C4EE02914C

[12] Zhang J., Qiao S.Z., Qi L., et al. Fabrication of NiS modified CdS nanorod p--n junction photocatalysts with enhanced visible-light photocatalytic H₂-production activity. Phys. Chem. Chem. Phys., 2013, vol. 15, no. 29, pp. 12088--12094. DOI: https://doi.org/10.1039/C3CP50734C

[13] Saidov A.S., Leyderman A.Y., Usmonov S.N., et al. Effect of injection depletion in p-Si--n-(Si₂)_{1 -- x}(ZnSe)_x (0 ≤ x ≤ 0.01) heterostructure. Semiconductors, 2018, vol. 52, no. 9, pp. 1188--1192. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063782618090142

[14] Mekky A.H. Simulation and modeling of the influence of temperature on CdS/CdTe thin film solar cell. Eur. Phys. J. Appl. Phys., 2019, vol. 87, no. 3, art. 30101. DOI: https://doi.org/10.1051/epjap/2019190037

[15] Sabory-Garcia R.A., Leal-Cruz A.L., Vera-Marquina A., et al. Modeling and analytical study for efficiency improvement for thin film solar cells based on CdS/PbS, CdS/CdTe, and CdS/CdSe. Chalcogenide Lett., 2018, vol. 15, no. 12, pp. 625--638.

[16] Зайнабидинов C.З., Мадаминов Х.М. Механизм токопрохождения в полупроводниковых p-Si--n-(Si₂)_{1 -- x}(CdS)_x структурах. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2020, № 4 (91), с. 58--72. DOI: http://dx.doi.org/10.18698/1812-3368-2020-4-58-72

[17] Sapaev I.B., Sapaev B., Babajanov D.B. Current-voltage characteristic of the injection photodetector based on M(In)--nCdS--pSi--M(In) structure. SPQEO, 2019, vol. 22, no. 2, pp. 188--192. DOI: http://doi.org/10.15407/spqeo22.02.188

[18] Saidov A.S., Razzakov A.Sh., Risaeva V.A., et al. Liquid-phase epitaxy of solid solution (Ge₂)_{1 -- x}(ZnSe)_x. Mater. Chem. Phys., 2001, vol. 68, iss. 1-3, pp. 1--6. DOI: https://doi.org/10.1016/S0254-0584(00)00230-3

[19] Dirko V.V., Lozovoy K.A., Kokhanenko A.P., et al. Thickness-dependent elastic strain in Stranski --- Krastanow growth. Phys. Chem. Chem. Phys., 2020, vol. 22, no. 34, pp. 19318--19325. DOI: https://doi.org/10.1039/D0CP03538F

[20] Wu J., Chen S., Seeds A., et al. Quantum dot optoelectronic devices: lasers, photodetectors and solar cells. J. Phys. D: Appl. Phys., 2015, vol. 48, no. 36, art. 363001. DOI: https://doi.org/10.1088/0022-3727/48/36/363001

[21] Мадаминов Х.М. Температурные зависимости электрофизических свойств твердого раствора Si_{1 -- x}Sn_x (0 ≤ x ≤ 0,04). Прикладная физика, 2021, № 1, с. 63--68. DOI: https://doi.org/10.51368/1996-0948/2021-1-63-68

[22] Мирсагатов Ш.А., Лейдерман А.Ю., Атабоев О.К. Механизм переноса тока в инжекционном фотодиоде на основе структуры In-n⁺--CdS--n-CdS_xTe_{1 -- x}--p-Zn_xCd_{1 -- x}Te--Mo. Физика твердого тела, 2013, т. 55, № 8, с. 1524--1535. EDN: RCSXEZ

[23] Лейдерман А.Ю., Минбаева М.К. Механизм быстрого роста прямого тока в полупроводниковых диодных структурах. Физика и техника полупроводников, 1996, т. 30, № 10, с. 1729--1738.

[24] Мадаминов Х.М. Влияние инжекционных эффектов на электрические свойства гетеропереходов pSi--nSi_{1 -- x}Sn_x. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2021, № 2 (95), с. 71--84. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2021-2-71-84

[25] Саидов А.С., Амонов К.А., Лейдерман А.Ю. Исследование зависимости вольтамперной характеристики p-Si--n-(Si₂)_{1 -- x -- y}(Ge₂)_x(ZnSe)_y-структур от температуры. Computational Nanotechnology, 2019, т. 6, № 3, с. 16--21. DOI: https://doi.org/10.33693/2313-223X-2019-6-3-16-21

[26] Leiderman A.Yu., Ayukhanov R.A., Turmanova R.M., et al. Non-recombination injection mode. SPQEO, 2021, vol. 24, no. 3, pp. 248--254. DOI: http://doi.org/10.15407/spqeo24.03.248