掺杂剂的作用浓度的电导率和迁移CdTe薄膜

文摘

电影CdTe纯和掺杂各种原子百分比的艾尔和某人(0.5,1.5和2.5)准备,和他们的电气性能。电影是由热蒸发在玻璃基板上两个衬底温度(& 423 K)。结果表明,传导现象的调查CdTe薄膜在玻璃基板是由两个不同的机制。室温下直流电导率增加四倍为无掺杂CdTe薄膜增加,通过1 - 2个数量级增加掺杂剂的比例和艾尔…一般来说,电影掺杂与某人比Al-doped电影更有效率。活化能()减少而增加比例和掺杂剂对铝和某人无掺杂CdTe电影沉积在RT与增加p型转换为n型和掺杂铝在0.5%以上。载体浓度降低增加掺杂剂比例的增加而增加。大厅流动性增加三倍以上Al减少而增加约一个数量级增加某人百分比CdTe薄膜沉积在423 K和RT,分别。

1。介绍

碲化镉(集团)是一种复合半导体的族化合物家族成员显示独特的属性使其重要和非常适合多个应用程序,如利用三元合金(CdHgTe),并使用作为缓冲层Hg的增长_1−xCd_xTe (MCT)或汞_1−x(Cd_y锌_1−y)_xTe (MCZT)红外探测器(1,2]。其带隙1.5 eV,只是在太阳光谱,它处理高吸收系数(α)(> 10⁴厘米⁻¹)可见太阳光谱(3]。一个2μm层厚厚的CdTe是完全不透明的,而20μm层厚厚的如果需要吸收一个类似的辐射强度(4]。这些属性使集团成为一个好的候选材料光电转换,因此一些公司现在商业化CdTe-based太阳能电池(5]。CdTe族化合物半导体系列化合物是独一无二的,因为它展示n型和p型导电率,使二极管技术和场效应晶体管,它允许制造单质结和异质结太阳能电池的配置(6]。其高的平均原子序数50,带隙宽,高电阻率和良好的传输性能使它非常适合x射线和伽马射线探测器(7,8]。

本工作的目的是研究衬底温度和掺杂剂的比例的影响和艾尔某人CdTe薄膜的电特性。电气性能,包括直流电导率和霍尔效应,研究了在黑暗无掺杂和掺杂CdTe薄膜与不同浓度的铝和某人(0.5,1.5和2.5)%玻璃基板上沉积在衬底温度的RT和423 K。这些电影中的传输机制是决定从黑暗的直流电导率的测量和类型、浓度和移动运营商估计的霍尔效应测量。

2。实验的程序

集团的电影是由热蒸发沉积大约10⁻⁶托真空压力。介绍了不同的沉积条件准备等电影衬底温度(& 423 K)和掺杂剂的比例为n型和p型薄膜的某人。膜厚度约为0.5μ7059是生长在康宁玻璃。准备电影的构成决定利用能量色散x射线分析(EDX) Jeol JSM5600 SEM、EDX扫描结果与理论百分数的Cd, Te,艾尔,某人在无掺杂和掺杂CdTe薄膜。

纯和掺杂CdTe薄膜的电特性与不同比例的艾尔和某人被测量。黑暗中直流电导率(σ)准备电影测量衬底温度和掺杂剂百分比的函数的类型和某人数字静电计Keithely 616年是用来测量电流和电压。霍尔效应被用来找电影的类型,承运人掺杂剂浓度(Al &某人)和移动运营商。更多细节,请参见[9]。

3所示。结果与讨论

3.1。直流电导率CdTe薄膜

数据1(一)和1 (b)显示黑暗直流电导率的变化(σ)和温度()的形式σ与1000 / T情节无掺杂和2.5%和2.5% Sb-doped CdTe薄膜沉积在RT和423 K。所有研究薄膜的电导率随着温度的增加而增加(303 - 473)K范围。这表明无掺杂和掺杂CdTe电影与不同浓度的两种类型的掺杂剂沉积在RT和423 K有半导体等行为。另一方面,故事情节的σ与1000 /非线性显示两个明显不同的区域在相对高温(383 - 473)K和其他相对低温(303 - 373)K。这种行为显示了薄膜的导电现象通过两个不同的传导机制。故事情节进一步分析计算激活能量和这两个地区的斜坡的曲线使用方程(10]: 在哪里是指数前因子或温度独立的导电性,玻耳兹曼常量,是温度。

(一)

(b)

数据显示在图1在更高的温度下,电导率是强烈依赖于温度。因此,的传导机制在这种情况下是由于运营商兴奋之外的边缘移动到扩展状态。在相对较低的温度下,传导是由于运营商兴奋到本地化的州在乐队边缘10]。

在RT直流电导率(),,值无掺杂和掺杂CdTe薄膜与不同浓度的铝和某人(0.5,1.5和2.5)%沉积在RT和423 K列在下表中1。这是观察到的增加,无掺杂CdTe薄膜的不同Ω⁻¹·厘米⁻¹来Ω⁻¹·厘米⁻¹,减少四倍左右。类似的行为在文献报道CdTe薄膜沉积使用热蒸发[11,12升华(CSS)非常接近的正弦信号)和较好的技术(13]。李等人。12]表明,导电率的差异中发现CdTe电影成长在不同的温度下可以解释晶界的数目的减少由于晶粒尺寸的增加。他们发现,黑暗中电阻率与厚度CdTe电影2 - 3μm范围减少在RTΩ·厘米Ω在573 K·厘米。我们的研究结果表明,在RT暗电阻率无掺杂CdTe 10的顺序⁷Ω·厘米。通过Niraula等也获得了类似的结果。14)为无掺杂CdTe电影增加了金属的厚度0.5μ米在在423 - 573 K范围内。也得到相同的结果Rusu et al。15]和Nory [16]因为热蒸发CdTe薄膜在RT厚度在0.3 - -0.5的范围μm和0.5μm,分别。然而,其他研究[17- - - - - -20.)值低于我们的结果报道。这种差异可能是由于不同薄膜的制备技术和沉积条件。


CdTe薄膜	(K)	(Ω·厘米)	(Ω⁻¹·厘米⁻¹)	(eV)	Temp.范围(K)	(eV)	Temp.范围(K)

纯的	RT	7.692	0.013	0.146	303 - 363	0.612	363 - 473
纯的	423年	1.961	0.051	0.189	303 - 363	0.594	363 - 473

掺杂
0.5%的铝	RT	8.333	0.012	0.255	303 - 363	0.599	363 - 473
0.5%的铝	423年	1.449	0.069	0.174	303 - 353	0.566	353 - 473
1.5%的铝	RT	1.075	0.093	0.189	303 - 363	0.568	363 - 473
1.5%的铝	423年	1.190	0.084	0.105	303 - 343	0.562	343 - 473
2.5%的铝	RT	0.150	0.668	0.272	303 - 353	0.475	353 - 473
2.5%的铝	423年	1.064	0.094	0.154	303 - 353	0.532	353 - 473
0.5%的某人	RT	0.725	0.138	0.288	303 - 363	0.574	363 - 473
0.5%的某人	423年	1.961	0.051	0.209	303 - 363	0.573	363 - 473
1.5%的某人	RT	0.142	0.704	0.246	303 - 363	0.519	363 - 473
1.5%的某人	423年	0.252	0.397	0.175	303 - 343	0.538	343 - 473
2.5%的某人	RT	0.040	2.506	0.242	303 - 403	0.414	403 - 473
2.5%的某人	423年	0.056	1.796	0.271	303 - 363	0.505	363 - 473

图2显示的变化为集团与掺杂剂浓度和艾尔某人薄膜沉积在RT和423 K。它可以观察到从这个图和表1一般来说,CdTe电影增加这样的电影掺杂铝或某人时根据掺杂剂浓度。类似的行为被穆罕默德(报道19]CdTe掺杂锌和Shehab [21]CdTe掺杂P。

数据列在下表中1表明增加掺杂浓度从0.5%到2.5%在RT CdTe电影沉积造成的增加从Ω⁻¹·厘米⁻¹来Ω⁻¹·厘米⁻¹并从略有增加Ω⁻¹·厘米⁻¹来Ω⁻¹·厘米⁻¹为电影沉积在423 K。另一方面,增加从Ω⁻¹·厘米⁻¹来Ω⁻¹·厘米⁻¹为电影在RT和成长Ω⁻¹·厘米⁻¹来Ω⁻¹·厘米⁻¹为电影准备在423 K的掺杂浓度某人电影从0.5%上升到2.5%。这些结果表明,掺杂的CdTe艾尔和某人导致增加2.5%通过1 - 2个数量级,这是在协议与Bayhan Ercelebi [22]。他们表明,蒸发,无掺杂CdTe电影沉积在473 K电阻率高(≥10¹⁰Ω·厘米)。这个值降低了1 - 2个数量级为CdTe电影掺杂与某人一般数据表所示1表明,某人比铝更高效自掺杂展品更高比铝掺杂。

表1也说明了激活能量的依赖和的掺杂比例的艾尔和某人CdTe薄膜沉积在RT和423 K。从这个图和表1,活化能无掺杂CdTe电影发现变化从0.612 eV 0.594 eV增加了。这是在协议与Al-Shadidi [23而在与拉希德(24),显示激活能量随着衬底温度的增加从300 K到423 K。一个明显的变化是观察到的活化能在掺杂铝和某人的数据表所示1表明减少从0.599 eV 0.475 eV RT和0.566 eV 0.532 eV 423 K与铝掺杂浓度从0.5%增加到2.5%。数据还显示,从0.574 eV减少到0.414 eV RT和从0.573 eV 0.505 eV在423 K,某人的浓度从0.5%增加到2.5%在这些电影。减少的活化能随着掺杂剂浓度也观察到其他研究人员(19,25,26]。

上述的行为与掺杂浓度可能是由于减少缺陷如悬空债券和空缺以及创建隙内的杂质水平(25]。活化能的行为掺杂剂浓度的铝和某人CdTe薄膜并不单调,因为它的价值减少再增加而增加掺杂剂浓度从0.5%降至2.5%,如表所示1。

3.2。流动载体浓度和大厅

霍尔效应测量被用来研究的类型和浓度运营商和霍尔移动()无掺杂,Al - Sb-doped CdTe薄膜沉积在RT和423 K,和这项研究的结果发表在表2。可以看到,洞在无掺杂CdTe电影的传导过程主要沉积在RT (p型),而电子无掺杂CdTe电影的主要是沉积在423 K (n型)。这些结果与其他研究人员在协议(24,27]。与某人所有的CdTe薄膜掺杂在RT沉积和423 K是p型,而掺杂铝沉积在RT和423 K是n型除了电影掺杂0.5% Al RT如表所示2。


CdTe薄膜	(K)	载体浓度×10¹³(cm⁻³)	(cm²/ V·s)	类型

纯的	RT	1.107	0.756	P
纯的	423年	0.483	6.599	N

掺杂
0.5%的铝	RT	0.172	4.360	P
0.5%的铝	423年	0.856	5.052	N
1.5%的铝	RT	2.628	2.214	N
1.5%的铝	423年	1.151	4.561	N
2.5%的铝	RT	6.961	5.997	N
2.5%的铝	423年	3.142	1.869	N
0.5%的某人	RT	3.836	2.248	P
0.5%的某人	423年	0.397	8.028	P
1.5%的某人	RT	6.101	7.211	P
1.5%的某人	423年	5.073	4.891	P
2.5%的某人	RT	13.292	11.783	P
2.5%的某人	423年	12.566	8.932	P

图3显示载体浓度的变化与不同的掺杂剂浓度和艾尔某人CdTe薄膜沉积在RT和423 K。如这个图和表所示2,承运人对无掺杂浓度CdTe电影RT高于423 K。这是由于类型转换成n型p型的电影增加了。在掺杂CdTe电影0.5% Al RT,载体浓度降低,然后增加进一步增加铝掺杂2.5%由于电影转化为n型。为相应的电影沉积在423 K,航母随着掺杂浓度的增加(Al)从0.0到2.5%是观察。承运人掺杂剂浓度增加而增加某人从0.0到2.5%在RT对掺杂CdTe电影虽然减少0.5%某人然后增加而进一步增加2.5%在423 K。

大厅里流动的变化()与掺杂剂的比例为CdTe艾尔和某人薄膜沉积在RT和423 K也表所示2。从这个表可以通知不同的范围(0.756 - -5.997)厘米²在RT / V·s,其价值减少的三倍多厘米²/ V·s厘米²/ V·s在423 K,随着掺杂浓度的Al已经从2.5%上升到0.0增加从厘米²/ V·s厘米²在RT / V·s,这是超过一个数量级,某人的掺杂浓度从0.0增加至2.5%。的价值之间的不同厘米²/ V·s厘米²在423 K / V·s掺杂增加某人从0.0到2.5%。

我们增加的结果与掺杂剂比例的某人CdTe薄膜在RT类似于发现Huber和Lopez-Otero [27]。他们注意到CdTe电影掺杂在流动的趋势与减少载体浓度降低。这种行为也同意Al-Fwadi et al。28]CdSe掺杂铜。他们发现,增加指数随着铜浓度的减少是由于承运人从表面的散射以及由于消除缺陷的电影和结晶度的增加,从而减少晶界的数目。

4所示。结论

电气集团的研究薄膜沉积在玻璃基板用热蒸发和掺杂不同浓度的铝和某人表明:(我)无掺杂CdTe薄膜沉积在RT转化为n型和p型和铝掺杂增加超过0.5%,(2)增加掺杂剂比例为艾尔和某人导致增加1 - 2级的订单,直流电导率的载体浓度,(3)增加掺杂剂比例为艾尔和某人导致活化能降低,(iv)大厅流动性增加三倍以上Al减少而增加约一个数量级增加某人CdTe薄膜沉积在423 K和RT,分别。

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凝聚态物理的进步

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