В работе исследовано влияние химической обработки поверхности кристаллов полупроводниковых соединений AgInS 2 в растворе сульфида аммония и трет-бутилового спирта на фотолюминесцентные свойства. Установлено, что интенсивность фотолюминесценции после обработки существенно возрастает, а спектральная форма и энергетическое положение максимумов полос остаются неизменными. Сульфидирование поверхности полупроводника приводит к существенному снижению скорости поверхностной рекомбинации.
Ключевые слова: тройные соединения, сульфидная пассивация, спектр отражения, структура халькопирита, решеточное отражение, орторомбическое отражение.
The work investigated the effect of chemical surface treatment of crystals of AgInS2 semiconductor compounds in a solution of ammonium sulfide and tert-butyl alcohol on photoluminescent properties. It was found that the photoluminescence intensity increases significantly after treatment, while the spectral shape and energy position of the band maxima remain unchanged. Sulfidation of the semiconductor surface leads to a significant decrease in the rate of surface recombination.
Keywords: ternary compounds, sulfide passivation, reflection spectrum, chalcopyrite structure, lattice reflection, orthorhombic reflection.
Тройные соединения AgInS 2 относятся к полупроводникам со значительной шириной запрещенной зоны, соответствующей видимой области спектра. Монокристаллы AgInS 2 кристаллизуются в структуре халькопирита и являются аналогом соединений A II B VI и A II B V . B настоящее время эти соединения активно используется в фотообразовательной технике. Свойства поверхности полупроводников оказывает существенное влияние на характеристики оптоэлектронных приборов. Поэтому разработка путей модификации электронных свойств поверхности полупроводника, является актуальной задачей [1].
В настоящей работе образцы AgInS 2 получены методом Бриджмена–Стокбаргера прямым сплавлением элементов высокой чистоты в кварцевых ампулах, вакуумированных до 10– 2 Па , по методике описанной в работе [2]. Температура печи поднималась со скоростью 5 К/мин до температуры 1500 К. При этой температуре ампула выдерживалась около 8 часов , а затем медленно охлаждалась до температуры отжига.
Ампулы помешали в вертикальную двухзонную печь. Равновесную температуру в верхней высокотемпературной зоне устанавливали на 25–30 К выше температуры плавления вещества, а температура низкотемпературной зоны была на 30–40 К ниже Т пл. вещества (рис. 1).
Рис.1. а) Общий вид установки для выращивания монокристаллов по методу Бриджмена–Стокбаргера (Б–С); б) Распределение температуры в печи
Между этими двумя зонами имелась переходная зона с градиентом температуры ~ 20 К/см. Ампула с веществом с помощью специального механизма вводилась вдоль оси трубчатый печи в верхнюю высокотемпературную зону и после 15–20 часовой стабилизации режима перемешалась вниз со скоростью 0,8мм/час . За 7–8 дней ампула с веществом, полностью пройдя через переходную зону кристаллизации, оказывалась в низкотемпературной зоне. Затем температура обеих зон медленно понижалась до комнатой. Полученные таким образом слитки AgInS 2 представляли собой из монолитный кристалл ориентированный вдоль ампулы.
В зависимости от способа обработки кристаллов получены две модификации AgInS 2 . Медленное охлаждение выращенных кристаллов по методу Бриджмена до комнатной температуры, приводит к образованию AgInS 2 со структурой халькопирита с периодами решетки а=5,88 Å , с=10,21 Å. Закалка же указанного соединения от 800° С до комнатной температуры приводит к образованию его в виде орторомбической модификации с периодами решетки а=7,00 Å , b=8,28 Å , с=6,70 Å , что согласуется с литературным данным. Выращенные кристаллы имели р -тип проводимости.
Для модификации электронных свойств поверхности полупроводников используется химический метод сульфидной пассивации. Установлено, что химическая обработка существенно поднимает эффективность пассивации, поверхности кристалла. Обработка была различна для разных образцов и изменялась в пределах 10–30 минут .
1.910
Рис. 2. Спектр фотолюминесценции монокристалла AgInS 2 с орторомбической структурой
На рис. 2 представлен спектр фотолюминесценции монокристалла AgInS 2 с орторомбической структурой до (1) и после (2) обработки в растворе сульфида аммония. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что сульфидирование поверхности кристаллов приводит к возрастанию интенсивности фотолюминесценции, причем форма полос и энергетическое положение максимумов не меняется. Отношение интенсивности фотолюминесценции сульфидированных кристаллов к интенсивности несульфидированных кристаллов ( I т /I то ), при температуре жидкого азота, меняется в пределах приблизительно 4,0; 1,8; 1,2 для максимумов с энергиями 2,02;1,91; 1,72 эВ , соответственно.
Сулфидирование поверхности AgInS 2 приводит к возрастанию интенсивности всех трех полос фотолюминесценции, но в разной степени. Наиболее сильное возрастание (в 4 раза) имела высокоэнергетическая полоса (энергия максимума 2,015 эВ ) связанная с межзонной люминесценцией. Более длинноволновые полосы с энергиями максимума 1,91 эВ и 1,72 эВ , обусловленны излучательными переходами в донорно-акцепторных парах или между локальными состояниями.
Литература:
- Керимова Э. М. Кристаллофизика низкоразмерных халькогенидов. Из-во Элм, Баку, 2012, 710 с.
- Вильке К.-Т. Методика вырашивание кристаллов. Из-во Недра, Ленинград, 1991, 426 с.
- Сардарова Н. С., Бархалов Б. Ш., Нуруллаев Ю. Г. Электрические свойства кристаллов твердых растворов TlInS 2 -TlInEuS 2 различного состава. Научно-методический журнал: Наука, техника и образование. № 11(29), 2016, с.6–10.
- Нуруллаев Ю. Г., Гараев Э. С., Гахраманов Н. Ф. Спектральное распределение фотопроводимости и фотолюминесценции в монокристаллах TlInSe 2 активированных редкоземельными элементами Dy. Ж.: Молодой ученый, № 41(488), 2023, с.3–8.
