Comisia de atestare
Comisia de acreditare
Comisiile de experţi
Dispoziţii, instrucţiuni
Acte normative
Nomenclator
Instituţii
Consilii
Seminare
Teze
Conducători de doctorat
Deţinători de grad
Doctoranzi
Postdoctoranzi
CNAA logo

 română | русский | english


Stări de impurităţi şi defecte în materiale semiconductoare stratificate GaSe şi InSe


Autor: Evtodiev Igor
Gradul:doctor habilitat în ştiinţe fizico-matematice
Specialitatea: 01.04.10 - Fizica şi ingineria semiconductorilor
Anul:2010
Consultanţi ştiinţifici: Valeriu Canţer
doctor habilitat, profesor universitar, Institutul de Inginerie Electronica şi Nanotehnologii "D. Ghiţu"
Mihail Caraman
doctor habilitat, profesor universitar, Universitatea de Stat din Moldova
Instituţia: Universitatea de Stat din Moldova
CSS: DH 30-01.04.10-23.04.09
Universitatea de Stat din Moldova

Statut

Teza a fost susţinută pe 17 septembrie 2010 în CSS
şi aprobată de CNAA pe 4 noiembrie 2010

Autoreferat

Adobe PDF document0.95 Mb / în română

Adnotare

În teză sunt prezentate rezultatele complementare de analiză a structurii, a proprietăţilor optice, fotoelectrice şi luminescente pentru doi reprezentanţi din clasa materialelor stratificate de tip AIIIBVI-GaSe şi InSe, nedopate şi dopate cu elemente din grupele I-VII. În baza măsurătorilor de structură cu ajutorul difracţiei de raze X şi a spectrelor FTIR într-un domeniu larg al numerelor de undă s-a determinat că cristalele iniţiale de GaSe sunt polifazice. Se arată că tranziţiile de fază ε-γ şi ε-δ au loc ca rezultat al acţiunilor mecanice asupra cristalelor şi la măcinarea acestora. Introducerea în concentraţii mici a atomilor impuritari (Sn, Cu) conduce la creşterea parametrului „a” şi la mici micşorări ale parametrului „c” pentru reţeaua hexagonală a cristalelor ε-GaSe. Impurităţile de Cd (Cu) în cantitate de 0,50% at. şi mai mult conduc la formarea clusterilor optici fundamentali pentru impurităţi din aceste cristale.

Studiul spectrelor optice de absorbţie, reflexie şi fotoluminescenţă arată că marginea roşie a fâşiei fundamentale de absorbţie a cristalelor nedopate şi dopate cu impurităţi din grupele I-VII este formată din excitonii cu rază mare. Sunt determinaţi parametrii excitonilor (energia de legătură, masa efectivă, energia de localizare a excitonilor), precum şi tipul tranziţiilor optice în compuşii studiaţi. Aripa roşie a fâşiei excitonice fundamentale este formată de interacţiunea excitonilor cu fononii şi sunt determinate constantele acestor interacţiuni. Benzile de absorbţie optică formate de elementele impurităţilor (Li, K, Cu, Cd, Zn, Sn, Bi, Mn) se suprapun nemijlocit cu fâşiile excitonice. Din analiza spectrelor optice de absorbţie şi fotoluminiscenţă, este determinată energia nivelelor acceptorii create de impurităţi în interiorul benzii interzise a GaSe şi InSe.

Introducerea impurităţilor Cu, Cd, Sn în GaSe şi InSe conduce la majorarea cu 2-3 ordine de mărime a concentraţiei purtătorilor de sarcină majoritari. Astfel doparea lui GaSe cu 0,05% at. Cd conduce la creşterea concentraţiei golurilor la temperatura normală de la 3•1012 cm-3 până la 4•1015cm-3, iar mărirea concentraţiei atomilor de Cd de la 0,01% at. până la 0,05% at. conduce la schimbarea în InSe a timpului purtătorilor de sarcină majoritari din n în p.

Din analiza dependenţei conductivităţii electrice de temperatură în intervalul de la 80 K până la 300 K, sunt determinate energiile nivelelor create de către atomii impurităţilor Cu, Cd şi Sn localizate în banda interzisă a GaSe şi InSe. Nivelele create de atomii impurităţilor determină şi proprietăţile fotoelectrice ale cristalelor. Astfel majorarea concentraţiei atomilor de cupru până la 0,20% conduce la creşterea de 100 de ori a fotosensibilităţii cristalelor ε-GaSe la temperatura camerei. Mărirea în continuare a concentraţiei atomilor de Cu în GaSe conduce la formarea stărilor localizate pe suprafeţele pachetelor stratificate prin care intens recombină purtătorii de sarcină din neechilibru.

Din analiza spectrală a fotoluminescenţei stingerea termică a ei şi a luminescenţei stimulate termic sunt determinate nivelele de recombinare şi captare create de defectele proprii în cristalele nedopate ε-GaSe şi γ- InSe şi, respectiv, a nivelelor create de atomii impurităţilor (Cu, Cd, Sn) în aceste cristale.

Prin metoda oxidării termice a straturilor subţiri de metal au fost create heterojoncţiuni In2O3, SnO2, ZnO, CdO, TiO2, Bi2O3-ε-GaSe şi In2O3, SnO2-γ-InSe şi studiate mecanismele de curgere a curentului prin heterojoncţiune precum şi proprietăţile fotoelectrice ale lor. Din analiza curbelor de relaxare a fotocurentului, distribuţiile spectrale ale fototensiunii şi ale absorbţiei optice, s-au determinat timpurile de relaxare pentru aceste structuri corespunzătoare fotosensibilităţii înalte în domeniul UV al spectrului şi, respectiv, parcursul liber mediu al purtătorilor de sarcină din neechilibru la frontiera de trecere.

Rezultatele principale sunt publicate în 91 de lucrări ştiinţifice. Teza este scrisă în limba română, conţine 292 pagini de text, 160 de figuri, 27 de tabele şi 346 de referinţe bibliografice.

Cuprins


1. PROPRIETĂŢILE FIZICE ALE COMPUŞILOR SRATIFICAŢI GaSe ŞI InSe DOPAŢI CU ELEMENTE CHIMICE DIN GRUPELE I-VII
  • 1.1. Caracteristica generală a compuşilor GaSe şi InSe
  • 1.2. Structura cristalină a semiconductorilor stratificaţi de monocalcogeni de galiu şi indiu
  • 1.3. Corelaţii între caracteristicile atomilor componenţi ai materialului semiconductor şi lăţimea benzii interzise
  • 1.4. Unele proprietăţi fizice ale semiconductorilor stratificaţi de tipul AIIIBVI (GaSe, InSe)
    • 1.4.1. Cristalele GaSe, InSe stoichiometrice
    • 1.4.2. GaSe dopat cu elemente chimice din grupele I-VII
    • 1.4.3. InSe dopat cu elemente chimice din grupele I-VII
  • 1.5. Concluzii şi scopul lucrării

2. TEHNOLOGII DE OBŢINERE ŞI CERCETĂRI STRUCTURALE ALE CRISTALELOR GaSe ŞI InSe ŞI ALE STRUCTURILOR PE BAZA LOR
  • 2.1. Intercalarea cristalelor de GaSe cu atomi din grupele I, II ale tabelului periodic
  • 2.2. Tehnologia de sinteză a compuşilor şi de fabricare a cristalelor de GaSe şi InSe dopate cu elemente din grupele I, II şi IV
  • 2.3. Caracteristica structurală şi dinamica reţelei cristaline GaSe şi InSe
    • 2.3.1. Structura cristalină a compuşilor GaSe şi GaSe
    • 2.3.2. Roentgenograme GaSe:Cd, Sn
    • 2.3.3. Influenţa dimensiunii cristalelor GaSe şi a oxidului propriu asupra spectrelor XRD
    • 2.3.4. Caracteristica structurală a filmelor subţiri de oxid propriu şi de Zn de pe suprafaţa cristalelor GaSe.
    • 2.3.5. Structura cristalină a filmelor oxidice de Bi de pe suprafaţa cristalelor GaSe
    • 2.3.6. Influenţa dimensiunii cristalelor GaSe şi InSe asupra modurilor de vibraţie
    • 2.3.7. Influenţa dimensiunii oxidului propriu şi a cristalitelor GaSe şi InSe asupra modurilor de vibraţie
  • 2.4. Concluzii la capitolul 2

PROPRIETĂŢILE OPTICE ALE CRISTALELOR GaSe, InSe NEDOPATE ŞI DOPATE CU ELEMENTE CHIMICE DIN GRUPELE I-VII ŞI ALE FILMELOR NANOMETRICE DE OXIZI METALICI
  • 3.1 Absorbţia luminii în regiunea marginii benzii fundamentale a cristalelor GaSe şi InSe
  • 3.1.1. Cristalele GaSe nedopate
  • 3.1.2. Compusul InSe nedopat
  • 3.1.3. Cristalele InSe şi GaSe dopate cu elemente chimice din grupele I-VII
  • (Cu, Li, K, Cd, Sn, S, Te, Mn).
  • 3.1.4. Cristale GaSe intercalate cu C60
  • 3.1.5. Spectrele optice ale cristalelor GaSxSe1-x şi GaSexTe1-x pe baza structurii ε-GaSe. Polarizarea în spectrele de reflexie şi structura benzilor excitonice în cristalele GaSe
  • 3.1.6. Spectrele de reflexie în regiunea benzii de absorbţie fundamentală a cristalelor GaSe dopate cu elemente din grupele I, II şi IV
  • 3.2. Spectrele optice ale straturilor subţiri şi ale nanostructurilor de GaSe şi InSe
  • 3.3. Proprietăţile optice ale filmelor nanometrice de oxizi ai metalelor (Cu, Cd, In, Sn, Zn, Bi)
  • 3.3.1. Absorbţia luminii în regiunea marginii benzii fundamentale şi caracterul tranziţiilor electronice bandă-bandă în filmele de oxizi ai metalelor (Bi, In, Sn, Zn, Cd, Cu)
  • 3.3.2. Absorbţia luminii în filmele nanometrice de oxid de Zn.
  • 3.3.3. Fotoluminescenţa straturilor subţiri de ZnO şi a structurilor ZnO-Al2O3
  • 3.4. Absorbţia luminii în heterojoncţiunile InSe-semiconductori oxidici
  • 3.5. Concluzii la capitolul 3

4. PROPRIETĂŢILE ELECTRICE ŞI FOTOELECTRICE ALE CRISTALELOR GaSe, InSe NEDOPATE ŞI DOPATE CU Cu, Cd ŞI Sn
  • 4.1. Conductivitatea electrică a cristalelor GaSe şi GaSe dopate cu elemente din grupele I, II şi IV
  • 4.2. Dependenţa de temperatură a mobilităţii şi a conductivităţii electrice în cristalele InSe şi InSe dopate cu Cu, Sn şi Cd
  • 4.3. Fotoconductivitatea cristalelor GaSe şi InSe
  • 4.4. Concluzii la capitolul 4

5. FOTOLUMINESCENŢA CRISTALELOR GaSe, InSe NEDOPATE ŞI DOPATE CU Cu, Cd, Sn ŞI A STRATULUI DE CONTACT AL ACESTORA CU OXIZI AI METALELOR Bi, Ti, Cu, Cd, Sn, In
  • 5.1. Fotoluminescenţa compusului ε-GaSe
    • 5.1.1. Fotoluminiscenţa monocristalelor ε-GaSe nedopate
    • 5.1.2. Fotoluminescenţa cristalelor GaSe dopate cu Te.
    • 5.1.3. Fotoluminescenţa cristalului GaSe cu mici concentraţii de S. Soluţii solvabile GaSxSe1-x x <0,02
    • 5.1.4. Fotoluminiscenţa cristalelor GaSe0,8S0,2
  • 5.2. Fotoluminiscenţa cristalelor InSe
  • 5.3. Fotoluminiscenţa cristalelor GaSe dopate cu elemente din grupele I, II, IV şi VII
    • 5.3.1. Fotoluminescenţa cristalelor GaSe dopate cu Li, K, Cu
    • 5.3.2. Fotoluminescenţa cristalelor GaSe dopate cu Cd şi Sn.
    • 5.3.3. Fotoluminescenţa cristalelor GaSe:Mn
    • 5.3.4. Fotoluminescenţa cristalelor GaSe intercalate cu molecule C60
  • 5.4. Fotoluminescenţa stimulată termic a cristalelor GaSe şi GaSe dopat cu Cu, Cd şi Sn
  • 5.5. Fotoluminiscenţa şi mecanisme de recombinare luminescentă în stratul de InSe şi de GaSe de la interfaţa heterojoncţiunii Bi2O3-InSe, SnO2-GaSe şi Bi2O3-GaSe
  • 5.6. Concluzii la capitolul 5

6. MECANISME DE TRANSPORT AL PURTĂTORILOR DE SARCINĂ ŞI PROPRIETĂŢILE FOTOELECTRICE ALE HETEROJONCŢIUNILOR GaSe, InSe CU SEMICONDUCTORI OXIDICI
  • 6.1. Caracteristicile curent-tensiune în structuri GaSe, InSe-semiconductor oxidic
  • 6.2. Caracteristicile curent-tensiune InSe-Bi2O3, In2O3-Ga2O3-GaSe
  • 6.3. Caracteristicile spectrale ale fotosensibilităţii şi parcursul liber de difuziune a purtătorilor de sarcină în stratul de contact ITO/GaSe şi ITO/InSe
  • 6.4. Dependenţa spectrală a fotosensibilităţii heterojoncţiunilor In2O3-Ga2O3-GaSe
  • 6.5. Fotosensibilitatea heterojoncţiunilor In2O3-InSe:Cd
  • 6.6. Determinarea timpului de relaxare a fotocurentului şi parcursul liber de difuziune pentru
  • heterojoncţiuni GaSe/SnO2
  • 6.7. Concluzii la capitolul 6

7. DISPOZITIVE FOTOELECTRONICE PE BAZĂ DE FILME MONOCRISTALINE DE GaSe ŞI InSe
  • 7.1. Receptori fotoconductivi pentru domeniul violet şi UV al spectrului
  • 7.1.1. Fotorezistor pentru regiunea vizibil-ultraviolet al spectrului pe bază de lamele monocristaline de GaSe
  • 7.1.2. Fotorezistorii pe bază de InSe
  • 7.2. Receptori de radiaţie X pe semiconductori monocristalini de InSe şi GaSe
  • 7.3. Receptori polarizaţionali cu banda spectrală îngustă
  • 7.4. Elemente bistabile optice cu filme din GaSe
  • 7.5. Concluzii la capitolul 7