Оптические, электрические и фотоэлектрические свойства нанокристаллического оксида индия

• Автор: Форш, Екатерина Александровна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Получение и структура нанокристаллического оксида индия
1.2. Зонная структура и оптические свойства нанокристаллического оксида индия.
1.3. Электрические свойства оксида индия
1.4. Фотоэлектрические свойства оксида индия
1.5. Влияние адсорбции различных газов на проводимость нанокристаллического оксида индия
1.6. Выводы из обзора литературы и постановка задачи
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАННЫЕ ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ
2.1. Получение образцов
2.2. Структурные свойства исследуемых образцов
2.3. Методика исследования электрических свойств (статическая и динамическая электропроводность)
2.4. Методика исследования фотоэлектрических свойств нанокристаллического оксида индия
2.5. Методика регистрации спектров пропускания и отражения нанокристаллического оксида индия
2.6. Методика исследования оптических свойств нанокристаллического оксида индия с помощью спектроскопии диффузного отражения
2.7. Методика исследования влияния адсорбции диоксида азота на электрические свойства нанокристаллического оксида индия
ГЛАВА 3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ОКСИДА ИНДИЯ
3.1. Темновая проводимость нанокристаллического оксида индия
3.1.1. Статическая проводимость нанокристаллического оксида индия
3.1.2. Динамическая проводимость нанокристаллического оксида индия
3.2. Исследование влияния адсорбции диоксида азота на электропроводность нанокристаллического оксида индия
3.2.1. Статическая проводимость нанокристаллического оксида индия
3.2.2. Динамическая проводимость нанокристаллического оксида индия

ГЛАВА 4. ОПТИЧЕСКИЕ И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ОКСИДА ИНДИЯ
4.1. Оптические свойства нанокристаллического оксида индия
4.2. Спектральная зависимость фотопроводимости нанокристаллического оксида индия
4.3. Релаксация фотопроводимости нанокристаллического оксида индия.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Оксид индия (1п203) находит широкое применение в современной технике. Будучи оптически прозрачным широкозонным полупроводником, оксид индия используется для производства компонент высокомощных полупроводниковых приборов (тиристоров, варисторов и др.), ультрафиолетовых фильтров, фотодетекторов, фотопреобразователей, оптоэлектронных устройств. В то же самое время оксид индия является чувствительным к содержанию в атмосфере таких газов, как N0, N02, СО, С02, Оэ, что делает его одним из основных материалов для создания сенсоров резистивного типа, детектирующих указанные газы. В последнее время внимание исследователей в области сенсорики привлекают образцы нанокристаллического оксида индия -материала, состоящего из зерен кристаллического 1п203 нанометрового размера. Дело в том, что уменьшая размер нанокристаллов, можно заметно увеличить удельную поверхность образца, что приведет к увеличению чувствительности сенсора на основе 1п203. Поскольку сенсоры на основе 1п203 являются приборами резистивного типа (т.е. их сопротивление меняется в результате адсорбции), то первоочередной вопрос для создания таких сенсоров с оптимальными характеристиками состоит в выяснении механизмов переноса носителей заряда в нанокристаллическом 1п203. Этот же вопрос является важным и в случае использования нанокристаллического 1п203 при создании электронных и оптоэлектронных приборов. На данный момент большинство работ посвящено исследованию электрического транспорта в хорошо проводящем и прозрачном в видимой области спектра сложном оксиде на основе Бп02 и 1п203 (именуемом в литературе как 1Т0). Существуют также работы по механизмам проводимости в монокристаллическом и поликристаллическом (состоящем из кристаллов микронного размера) 1п203. Однако переход в область нанометровых размеров может существенным образом изменить как величину проводимости, так и механизм переноса носителей заряда, за счет появления большого числа локализованных поверхностных состояний и, возможно, проявления квантоворазмерных эффектов. В настоящее время не существует единой точки зрения на механизмы переноса носителей заряда в нанокристаллическом 1п203. Кроме того, не установлена корреляция между электрическими и структурными свойствами (размером

(отметим, что диоксид олова является «родственным» по физико-химическим свойствам материалом по отношению к оксиду индия: для 8п02 применимы все те же способы получения, что и для 1п203, описанные в п. 1.1 данной работы, удельная проводимость поликристаллического 8п02 равна 0,5 Ом^см"1 [71], нанокристаллического 8п02 - 10'4 Ом''см'1 [72], оптическая ширина запрещенной зоны для монокристаллического 8п02 равна 3.8 эВ [73], 8пОг является чувствительным к газам-окислителям [74 - 76] и др.). В этих образцах также наблюдается «остаточная» фотопроводимость после выключения УФ освещения. Однако, авторы работы [71] предположили, что изменение проводимости 8п02 в результате УФ освещения не может быть обусловлено только лишь изменением концентрации электронов (как было предположено в [66, 68-70]). Рассматривая образцы диоксида олова, они пришли к выводу, что под действием света изменяется не только концентрация носителей заряда, но и их подвижность, и именно увеличение последней является причиной такого существенного изменения проводимости.
Известно, что температурная зависимость проводимости поликристаллических полупроводников [77]:
а = пе/г* = пец0ехр (- (1.8)
где ц0 - предэкспоненциальный множитель, а Ев - высота потенциального барьера, существующего на границах нанокристаллов. Высота потенциального барьера может быть представлена выражением (в случае полупроводника п-типа):
где - концентрация доноров, IV - толщина обедненного слоя на границах нанокристаллов. Поскольку на границе существует электрический заряд, @ = 2/^IV, то высота потенциального барьера равна:
<1Л0>
Видно, что высота барьеров уменьшается при уменьшении величины захваченного на границах заряда @ •
На рис. 1.20 представлен возможный механизм фотоиндуцированной проводимости в поликристаллическом 8п02. Согласно данной модели на границах нанокристаллов находятся ионы 0^. При освещении образцов генерируемые дырки