Електричні та фотоелектричні властивості гібридних структур на основі поруватого кремнію і оксиду цинку

Методом електрохімічного осадження вирощено масиви наноструктур оксиду цинку на поверхні поруватого кремнію. Виявлено вплив температури електроліту на морфологію вирощених шарів ZnO. У роботі вивчено вольт-амперні характеристики отриманих гібридних структур, часові і спектральні залежності їх фотові...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2016
1. Verfasser:	Оленич, І.Б.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2016
Schriftenreihe:	Журнал физики и инженерии поверхности
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/116940
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Електричні та фотоелектричні властивості гібридних структур на основі поруватого кремнію і оксиду цинку / І.Б. Оленич // Журнал физики и инженерии поверхности. — 2016. — Т. 1, № 2. — С. 186-193. — Бібліогр.: 25 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-116940
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1169402017-05-19T03:03:26Z Електричні та фотоелектричні властивості гібридних структур на основі поруватого кремнію і оксиду цинку Оленич, І.Б. Методом електрохімічного осадження вирощено масиви наноструктур оксиду цинку на поверхні поруватого кремнію. Виявлено вплив температури електроліту на морфологію вирощених шарів ZnO. У роботі вивчено вольт-амперні характеристики отриманих гібридних структур, часові і спектральні залежності їх фотовідгуку в широкому діапазоні електромагнітного випромінювання. Результати досліджень проаналізовано в рамках якісної моделі, за якою різні значення ширини забороненої зони наноструктур оксиду цинку, поруватого кремнію і кремнієвої підкладки забезпечують ефективне поглинання ультрафіолетового, видимого та інфрачервоного випромінювання. Отримані результати розширюють перспективу застосування структур на основі поруватого кремнію і ZnO у фотоелектроніці. Методом электрохимического осаждения выращены массивы наноструктур оксида цинка на поверхности пористого кремния. Выявлено влияние температуры электролита на морфологию выращенных слоев ZnO. В работе изучены вольт-амперные характеристики полученных гибридных структур, временные и спектральные зависимости их фотоответа в широком диапазоне электромагнитного излучения. Результаты исследований проанализированы в рамках качественной модели, согласно с которой разные значения ширины запрещенной зоны наноструктур оксида цинка, пористого кремния и кремниевой подложки обеспечивают эффективное поглощение ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучения. Полученные результаты расширяют перспективу применения структур на основе пористого кремния и ZnO в фотоэлектронике. Zinc oxide nanostructured arrays were grown on porous silicon surface by electrochemical deposition method. The influence of temperature on the morphology of the grown ZnO layers is confirmed. Voltage-current curves of obtained hybrid structures are investigated. Time and spectral dependencies of the photoresponse of these structures are studied for a wide range of electromagnetic radiation. The results are interpreted in the frame of the qualitative model, which suggests that different band gap value for zinc oxide, porous silicon and silicon substrate ensure efficient UV, visible and IR absorption. Obtained data widen the perspective of using porous silicon based structures and ZnO in photoelectronics. 2016 Article Електричні та фотоелектричні властивості гібридних структур на основі поруватого кремнію і оксиду цинку / І.Б. Оленич // Журнал физики и инженерии поверхности. — 2016. — Т. 1, № 2. — С. 186-193. — Бібліогр.: 25 назв. — укр. 2519-2485 PACS 73.50.Pz, 73.63.-b http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/116940 537.312, 535.215 uk Журнал физики и инженерии поверхности Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
description	Методом електрохімічного осадження вирощено масиви наноструктур оксиду цинку на поверхні поруватого кремнію. Виявлено вплив температури електроліту на морфологію вирощених шарів ZnO. У роботі вивчено вольт-амперні характеристики отриманих гібридних структур, часові і спектральні залежності їх фотовідгуку в широкому діапазоні електромагнітного випромінювання. Результати досліджень проаналізовано в рамках якісної моделі, за якою різні значення ширини забороненої зони наноструктур оксиду цинку, поруватого кремнію і кремнієвої підкладки забезпечують ефективне поглинання ультрафіолетового, видимого та інфрачервоного випромінювання. Отримані результати розширюють перспективу застосування структур на основі поруватого кремнію і ZnO у фотоелектроніці.
format	Article
author	Оленич, І.Б.
spellingShingle	Оленич, І.Б. Електричні та фотоелектричні властивості гібридних структур на основі поруватого кремнію і оксиду цинку Журнал физики и инженерии поверхности
author_facet	Оленич, І.Б.
author_sort	Оленич, І.Б.
title	Електричні та фотоелектричні властивості гібридних структур на основі поруватого кремнію і оксиду цинку
title_short	Електричні та фотоелектричні властивості гібридних структур на основі поруватого кремнію і оксиду цинку
title_full	Електричні та фотоелектричні властивості гібридних структур на основі поруватого кремнію і оксиду цинку
title_fullStr	Електричні та фотоелектричні властивості гібридних структур на основі поруватого кремнію і оксиду цинку
title_full_unstemmed	Електричні та фотоелектричні властивості гібридних структур на основі поруватого кремнію і оксиду цинку
title_sort	електричні та фотоелектричні властивості гібридних структур на основі поруватого кремнію і оксиду цинку
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate	2016
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/116940
citation_txt	Електричні та фотоелектричні властивості гібридних структур на основі поруватого кремнію і оксиду цинку / І.Б. Оленич // Журнал физики и инженерии поверхности. — 2016. — Т. 1, № 2. — С. 186-193. — Бібліогр.: 25 назв. — укр.
series	Журнал физики и инженерии поверхности
work_keys_str_mv	AT oleničíb električnítafotoelektričnívlastivostígíbridnihstrukturnaosnovíporuvatogokremníûíoksiducinku
first_indexed	2025-07-08T11:21:10Z
last_indexed	2025-07-08T11:21:10Z
_version_	1837077546675470336
fulltext	186186 Журнал фізики та інженерії поверхні, 2016, том 1, № 2, сс. 186–193; Журнал физики и инженерии поверхности, 2016, том 1, № 2, сс. 186–193; Journal of Surface Physics and Engineering, 2016, vol. 1, No. 2, pp. 186–193 © Оленич І. Б., 2016 УДК 537.312, 535.215 PACS 73.50.Pz, 73.63.-b ЕЛЕКТРИЧНІ ТА ФОТОЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ГІБРИДНИХ СТРУКТУР НА ОСНОВІ ПОРУВАТОГО КРЕМНІЮ І ОКСИДУ ЦИНКУ І. Б. Оленич Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна Надійшла до редакції 17.03.2016 Методом електрохімічного осадження вирощено масиви наноструктур оксиду цинку на по- верхні поруватого кремнію. Виявлено вплив температури електроліту на морфологію вироще- них шарів ZnO. У роботі вивчено вольт-амперні характеристики отриманих гібридних струк- тур, часові і спектральні залежності їх фотовідгуку в широкому діапазоні електромагнітного випромінювання. Результати досліджень проаналізовано в рамках якісної моделі, за якою різні значення ширини забороненої зони наноструктур оксиду цинку, поруватого кремнію і кремнієвої підкладки забезпечують ефективне поглинання ультрафіолетового, видимого та інфрачервоного випромінювання. Отримані результати розширюють перспективу застосуван- ня структур на основі поруватого кремнію і ZnO у фотоелектроніці. Ключові слова: поруватий кремній, оксид цинку, фотовідклик, спектральна характеристика. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГИБРИДНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ И ОКСИДА ЦИНКА И. Б. Оленич Методом электрохимического осаждения выращены массивы наноструктур оксида цинка на поверхности пористого кремния. Выявлено влияние температуры электролита на морфоло- гию выращенных слоев ZnO. В работе изучены вольт-амперные характеристики полученных гибридных структур, временные и спектральные зависимости их фотоответа в широком диа- пазоне электромагнитного излучения. Результаты исследований проанализированы в рамках качественной модели, согласно с которой разные значения ширины запрещенной зоны на- ноструктур оксида цинка, пористого кремния и кремниевой подложки обеспечивают эффек- тивное поглощение ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучения. Полученные результаты расширяют перспективу применения структур на основе пористого кремния и ZnO в фотоэлектронике. Ключевые слова: пористый кремний, оксид цинка, фотоответ, спектральная характеристика. ELECTRICAL AND PHOTOELECTRIC PROPERTIES OF HYBRID STRUCTURES BASED ON POROUS SILICON AND ZINC OXIDE I. B. Olenych Zinc oxide nanostructured arrays were grown on porous silicon surface by electrochemical deposition method. The influence of temperature on the morphology of the grown ZnO layers is confirmed. Voltage-current curves of obtained hybrid structures are investigated. Time and spectral dependencies of the photoresponse of these structures are studied for a wide range of electromagnetic radiation. The results are interpreted in the frame of the qualitative model, which suggests that different band gap value for zinc oxide, porous silicon and silicon substrate ensure efficient UV, visible and IR absorption. Obtained data widen the perspective of using porous silicon based structures and ZnO in photoelectronics. Keywords: porous silicon, zinc oxide, photoresponse, spectral characteristics. І. Б. ОЛЕНИЧ 187ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 2, vol. 1, No. 2 ВСТУП Розвиток електроніки сьогодні тісно пов’язаний з функціональними напівпровід- никовими наноматеріалами. Значний інтерес викликає вивчення кремнієвих нанокристалів з квантовими властивостями, оскільки цей матеріал складає основу сучасної електроні- ки. Доступним способом отримання кремні- євих наноструктур є технологія формування поруватого кремнію (ПК): електрохімічне витравлювання в монокристалі дрібних по- рожнин, у результаті чого товщина стінок між порами може мати розміри декількох нанометрів [1, 2]. ПК має низку корисних властивостей. Інтенсивна видима фотолю- мінесценція ПК, значна площа поглинаючої поверхні, збільшена внаслідок квантового обмеження ширина забороненої зони крем- нієвих нанокристалів розширюють перспек- тиву використання ПК в оптоелектроніці та фотоніці [3–6]. Крім того, можна додатково керувати функціональними властивостями ПК шляхом модифікації його поверхні [7, 8]. Завдяки розгалуженій системі пор ПК є ідеальною основою для осадження та ін- фільтрації наночастинок різної природи, зокрема і оксиду цинку (ZnO) — прямозон- ного матеріалу з шириною забороненої зони 3,37 еВ [9, 10]. Для використання в оптоелек- тронних системах важливими є синьо-зелена фотолюмінесценція і прозорість нанострук- турованих шарів ZnO у видимому діапазоні, ефективне фотоелектричне перетворення в ультрафіолетовій (УФ) області, його анти- відбивні властивості та сумісність з тради- ційними електродними матеріалами [10–13]. Модифікація поверхні ПК наноструктурами ZnO може призвести до відмінності власти- востей гібридного нанокомпозиту ZnO-ПК від тих, які характерні окремим його компо- нентам: підсилюючи їх, або формуючи нові. Зокрема, наносистеми ZnO-ПК є перспектив- ними для створення джерел випромінювання білого світла, фотоприймачів та інших елек- тронних пристроїв [14–16]. Традиційно для отримання нанострук- тур ZnO використовують хімічне осадження з газової фази [17], термічне випаровування [18], магнетронне розпилення [19], імпульсне лазерне осадження [20], гідротермальний та золь-гель методи [15, 16, 21], електрохімічне осадження [11, 13]. Використовуючи особли- вості кристалічної структури, можна ефек- тивно керувати морфологією наноструктур ZnO в процесі їх отримання [21]. Крім того, використання поруватого шару як підкладки для осадження зменшує механічні напружен- ня, які зумовлені невідповідністю параметрів кристалічної ґратки і коефіцієнта теплового розширення кремнію та оксиду цинку, що дає змогу вирощувати структурно якісні криста- лічні масиви ZnO [22]. Тому мета роботи полягала у створенні гі- бридних структур ZnO-ПК-Si методом елек- троосадження на поверхню поруватого шару наноструктурованих масивів оксиду цинку. Особлива увага була зосереджена на вивчен- ні електричних та фотоелектричних власти- востей отриманих наносистем на основі ПК і ZnO. ЕКСПЕРИМЕНТ Для експериментальних досліджень були використані зразки ПК, виготовлені методом електрохімічного травлення на підкладках монокристалічного кремнію товщиною 400 мкм, кристалографічної орі- єнтації (100) n- і р-типів провідності з пи- томим опором 4,5 та 1 Ом·см, відповідно. Як електроліт використовувався водно- етанольний розчин фтористоводневої кис- лоти у співвідношенні C2H5OH:HF:H2O = 1:1:1. Для одержання однорідного поруватого шару на тильну поверхню кремнієвої під- кладки попередньо було нанесено термова- куумним методом і відпалено упродовж 20 хв при температурі 450 °С металічну Au або Al плівку товщиною 0,5 мкм, яка також слугу- вала контактом для подальших вимірювань. Густина анодного струму була постійною в часі і становила 30–40 мА/см2, а тривалість процесу анодування 5–10 хв. Для забезпе- чення наявності в приповерхневому шарі n-Si носіїв заряду позитивного знаку, необ- хідних для перебігу анодних реакцій і фор- мування ПК [2], робоча поверхня пластини опромінювалась вольфрамовою лампою по- тужністю 500 Вт упродовж всього процесу електрохімічного травлення. За таких умов анодування на кремнієвих підкладках були одержані шари ПК товщиною 12–20 мкм для різних зразків. ЕЛЕКТРИЧНІ ТА ФОТОЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ГІБРИДНИХ СТРУКТУР НА ОСНОВІ ПОРУВАТОГО КРЕМНІЮ... 188 ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 2, vol. 1, No. 2 Масиви оксиду цинку на поверхні ПК були отримані методом електрохімічного оса- дження, який добре себе зарекомендував при вирощуванні наноструктур ZnO на кремнії та інших електропровідних підкладках [11, 13]. Для процесу осадження була викорис- тана двохелектродна електрохімічна комірка з водним розчином 0,05 M Zn(NO3)2·6H2O та 0,1 M NaNO3. Осадження ZnO проводи- лось при потенціалі –1,4 В, прикладеному до кремнієвої підкладки з поруватим шаром, яка слугувала робочим електродом. Допоміжним електродом була платинова сітка. Тривалість вирощування наноструктур ZnO становила 10–20 хв. Електроліт в процесі осадження пі- дігрівався до температури 65–80 °С, оскільки температура є одним з важливих факторів, які визначають морфологію ZnO. У процесі електрохімічного осадження реагенти про- никають в пори кремнію і наноструктури оксиду цинку синтезуються безпосередньо на поверхні електрода та всередині пор. Мікро- структура нанокристалічних масивів ZnO на поверхні ПК була досліджена за допомогою скануючого електронного мікроскопу (СЕМ) Selmi РЕММА-102. Для експериментальних досліджень на поверхню шару ZnO було нанесено елек- тричний контакт діаметром близько 3 мм за допомогою струмопровідного лаку. Вимірювання вольт-амперних характеристик (ВАХ) проводились згідно з стандартними методиками при проходженні струму через структури в напрямку, перпендикулярному до поверхні. Фотоелектричні явища дослі- джувались за умов опромінення структур зі сторони шару ZnO випромінюванням світлодіода білого світла FYLP-1W-UWB-A з потужністю 1 Вт, світловим потоком 76 люмен. Вимірювання спектральних залеж- ностей фотовідклику, а саме відношення фотоструму I до темнового струму I0 при зворотному зміщенні — 3 В, проводились на стандартному оптичному обладнанні з ви- користанням дифракційного монохроматора і лампи розжарення при 2800 К. Спектри фо- товідклику нормувались на криву випромі- нювання чорного тіла з температурою 2800 К (криву Планка) і корегувалися з врахуванням спектральної чутливості установки. Дослідження кінетики фотовідклику структур ZnO-ПК-Si на різних довжинах хвиль проводились за допомогою генера- тора прямокутних імпульсів Г3-36А, сітло- випромінюючих діодів FYL-5013UVC (λ = 390 нм), FYL-5013UGC (λ = 570 нм), L-53F3C (λ = 940 нм) і осцилографа Hantek 1008B. РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ Аналіз поверхні експериментальних струк- тур ZnO-ПК-Si проводився за допомогою скануючого електронного мікроскопу в ре- жимі скануючого електронного мікроскопу, в режимі вторинних електронів і рентгенів- ського мікроаналізу. На СЕМ-зображеннях спостерігалося утворення щільних масивів наноструктур ZnO на поверхні ПК (рис. 1). Морфологія шарів ZnO залежала від тем- ператури електроліту і тривалості електро- хімічного осадження. При температурі 65 °С спостерігалось утворення невпорядкованої 0 1 Е, keV 2 8 9 Zn Si Zn O а б 0 1 Е, keV 2 8 9 Zn SiZn O Рис. 1. СЕМ-зображення масивів ZnO, електроосад- жених на поверхню ПК при τ = 10 хв, t = 65 °С (а) і τ = 20 хв, t = 80 °С (б) І. Б. ОЛЕНИЧ 189ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 2, vol. 1, No. 2 мережі нанодротин і нанолистів ZnO (див. рис. 1а). Збільшення температури елек- троліту до 80°С і тривалості електрооса- дження зумовлювало формування масивів неорієнтованих наностержнів ZnO, причому дрібніші з них виростали на більших утво- реннях гексагональної форми, розмір яких досягав декількох мікрометрів (див. рис. 1б). Широкий спектр морфологічних особли- востей структури ZnO зумовлений різними кінетичними параметрами росту різних крис- талічних площин [9]. Важливим фактором, який дозволяє ефективно керувати формою і розміром вирощуваних масивів ZnO є тем- пература електроліту, оскільки вона визна- чає інтенсивність електрохімічних процесів, швидкість дифузії реагентів і швидкість де- сорбції газоподібних продуктів реакції з по- верхні вирощеного ZnO [23]. Товщина шару оксиду цинку збільшувалась із збільшенням часу електроосадження. Режим рентгеноспектрального мікро- аналізу дає змогу визначити фазовий склад композитної структури. Крім піку з енер- гією 1,7 кеВ, який характерний для крем- нію, спостерігались енергетичні піки поблизу 0,5 кеВ, що відповідає атомам кисню, 1,0 кеВ та 8,6 кеВ, які відповідають атомам цинку. Сендвіч-структури ZnO-ПК-Si, отримані на кремнієвих підкладках як електронного, так і діркового типів провідності, володіли нелінійними ВАХ, яким були властиві більші значення струму у випадку негативного по- тенціалу на шарі оксиду цинку (рис. 2). Слід зазначити, що коефіцієнт випрямлення був більшим у випадку структури ZnO-ПК-р-Si. Нелінійні ВАХ можуть бути зумовлені кон- тактними явищами, електричними бар’єрами в поруватому шарі та на границях ZnO-ПК і ПК-кремнієва підкладка. Враховуючи, що структури з товстими (понад 10 мкм) шарами ПК зазвичай характеризуються варисторни- ми вольт-амперними залежностями [24, 25], можна припустити, що випрямляюча ВАХ зу- мовлена домінуванням електричного бар’єру на інтерфейсі ZnO-ПК. Під впливом освітлення поверхні гібрид- них структур ZnO-ПК-Si випромінюванням світлодіода FYLP-1W-UWB-A з світловим потоком 76 люмен спостерігалось збільшення струму зворотної вітки ВАХ, що свідчить про фотогенерацію вільних носіїв заряду в екс- периментальних структурах. Для одержання додаткової інформації про фотоелектричні властивості гібридних структур ZnO-ПК-Si були досліджені спек- тральні залежності фотовідклику в діапазоні 400–1100 нм. Спектри фотовідклику, а саме відношення фотоструму I до темнового стру- му I0 при зворотному зміщенні –3 В, показані на рис. 3. Спектральні залежності фотовідклику гібридних структур на основі ПК і ZnO ха- рактеризувались двома широкими смугами фоточутливості в діапазонах 750–950 нм і 500–650 нм. Смуга з максимумом побли- зу 830 нм подібна до спектрів фотовідклику кремнієвого фотодіода і фотодетекторів на основі ПК [7]. Така схожість дозволяє при- пустити, що чутливість експериментальних 10 8 6 4 I, м кА 2 0 –2 –4 –6 –6 –5 –4 –3 –2 U, В –1 0 1 2 3 4 5 ZnO-ПК-nSi ZnO-ПК-nSi ZnO-ПК-pSi ZnO-ПК-pSi 2 1 2' 1' Рис. 2. ВАХ гібридних структур ZnO-ПК-n-Si (1,1') і ZnO-ПК-р-Si (2,2'): 1, 2 — у темноті; 1', 2' — за умо- ви опромінення світлодіодом FYLP-1W-UWB-A 1,0 0,9 0,8 0,7 Ι/Ι 0, в. о. 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 400 500 600 λ, нм 700 800 900 1000 1100 1 2 ZnO-ПК-nSi ZnO-ПК-pSi Рис. 3. Спектральні залежності фотовідклику за при- кладеної напруги — 3 В гібридних структур ZnO-ПК- n-Si (1) і ZnO-ПК-р-Si (2) ЕЛЕКТРИЧНІ ТА ФОТОЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ГІБРИДНИХ СТРУКТУР НА ОСНОВІ ПОРУВАТОГО КРЕМНІЮ... 190 ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 2, vol. 1, No. 2 структур до електромагнітного випроміню- вання у довгохвильовій видимій області та ближньому інфрачервоному (ІЧ) діапазоні пов’язана з поглинанням світла в кремні- євій підкладці та у неквантоворозмірних нанокристалах ПК. При цьому шар ZnO є достатньо прозорий для довгохвильового випромінювання [16]. Розширення спектраль- ного діапазону фоточутливості гібридних структур ZnO-ПК-Si у короткохвильову об- ласть можна пов’язати з поглинанням світла у наноструктурах оксиду цинку і нанокрис- талах ПК, електронна структура яких моди- фікована внаслідок квантового обмеження. Результати досліджень кінетики фотовід- гуку гібридних структур ZnO-ПК-Si показані на рис. 4. Аналіз фотовідгуку на П-подібні світлові імпульси тривалістю 2,5 мс виявив деяку відмінність у генераційно-рекомбіна- ційних та релаксаційних процесах, які від- буваються в експериментальних структурах під впливом збуджуючого світла з різною довжиною хвилі. Спостерігалися менші часи наростання і загасання фотосигналу (близь- ко 1 мс) у випадку фотогенерації вільних но- сіїв заряду імпульсами ІЧ випромінювання з довжиною хвилі λ = 940 нм. Час відкли- ку структур ZnO-ПК-Si на імпульси УФ ви- промінювання (λ = 390 нм) і зеленого світла (λ = 570 нм) становив близько 2–2,5 мс. Спостережувана кінетика фотовідклику структури ZnO-ПК-Si на світлові імпульси з різною довжиною хвилі може бути додат- ковим аргументом на користь того, що різні шари гібридної структури відповідальні за поглинання світлових квантів різної енергії. Зокрема, масиви ZnO ефективно поглинають УФ випромінювання у спектральному діапа- зоні 300–400 нм [16]. ВИСНОВКИ Таким чином у роботі показано, що електро- хімічне осадження є ефективним методом контрольованого вирощування масивів нано- структур ZnO на поверхні ПК. Морфологічні особливості таких масивів можна змінювати в широких межах, варіюючи температурні і часові параметри електроосадження. У свою чергу, від морфології шарів оксиду цинку за- лежать електричні та фотоелектричні власти- вості гібридних структур ZnO-ПК-Si. На основі комплексних досліджень ВАХ, спектральних і часових залежностей фото- відгуку вивчено фотоелектричні процеси в структурах на основі ПК і ZnO. Встановле- но, що час наростання і загасання фотосигна- лу експериментальних структур залежить від довжини хвилі світлових імпульсів і складає 1–2,5 мс. Високу фоточутливість гібридних структур ZnO-ПК-Si у широкому спектраль- ному діапазоні — від УФ до ближнього ІЧ випромінювання можна пов’язати з великою площею поглинаючої поверхні та різною ши- риною забороненої зони нанокристалів ZnO і ПК, що забезпечує ефективне поглинання світлових квантів різної енергії. ЛІТЕРАТУРА 1. Bisi O., Ossicini S., Pavesi L. Porous silicon: a quantum sponge structure for silicon based optoelectronics // Surface Science Reports. — 2000. — Vol. 38, No. 1. — P. 1–126. 2. Cullis A. G., Canham L. T., Calcott P. D. J. The structural and luminescence properties of po- rous silicon // Journal of Applied Physics. — 1997. — Vol. 82. — P. 909–965. 3. Föll H., Christophersen M., Carstensen J., Hasse G. Formation and application of porous silicon // Materials Science and Engineering. — R: Re- ports. — 2002. — Vol. 39, No. 4. — P. 93–141. 4. Ünal B., Parbukov A. N., Bayliss S. C. Pho- tovoltaic properties of a novel stain etched porous silicon and its application in photo- sensitive devices // Optical Materials. — 2001. — Vol. 17. — P. 79–82. Ι/Ι 0, в. о. 0 1 t, мс 2 3 4 Рис. 4. Кінетика фотовідклику гібридних структур ZnO-ПК-Si на П-подібний імпульс світла з довжиною хвилі λ = 940 нм (1), λ = 570 нм (2), λ = 390 нм (3) І. Б. ОЛЕНИЧ 191ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 2, vol. 1, No. 2 5. Венгер Е. Ф., Кириллова С. И., Кизяк И. М., Манойлов Э. Г., Примаченко В. Е. Влияние примеси золота на фотолюминесценцию и фотоэдс пористого кремния // ФТП. — 2004. — Т. 38, вып. 1. — С. 117–123. 6. Brodovoi A. V., Brodovoi V. A., Skryshev- skyi V. A., Bunchuk S. G., Khnorozok L. M. Photoelectric properties of metal-porous sil- icon-silicon planar heterostructures // Semi- conductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. — 2002. — Vol. 5, No. 4. — P. 395–397. 7. Olenych I. B., Monastyrskii L. S., Aksimen- tyeva O. I., Sokolovskii B. S. Effect of bromine adsorption on the charge transport in porous silicon — silicon structures // Electronic Ma- terials Letters. — 2013. — Vol. 9, No. 3. — P. 257–260. 8. Оленич І. Б. Електричні і фотоелектричні властивості поруватого кремнію, модифі- кова ного наночастинками кобальту // Жур- нал нано- та електронної фізики. — 2014. — Т. 6, № 4. — С. 04022-1–04022-4. 9. Wang Z. L. Zinc oxide nanostructures: growth, properties and applications // Journal of Phys- ics: Condensed Matter. — 2004. — Vol. 16, No. 25. — P. 829–858. 10. Heo Y. W., Norton D. P., Tien L. C., Kwon Y., Kang B. S., Ren F., Pearton S. J., LaRoche J. R. ZnO nanowire growth and devices // Materials Science and Engineering. — R: Reports. — 2004. — Vol. 47, No. 1. — P. 1–47. 11. Kapustianyk V., Turko B., Luzinov I., Ru- dyk V., Tsybulskyi V., Malynych S., Rudyk Yu., Savchak M. LEDs based on p-type ZnO nanowires synthesized by electrochemical de- position method // Physica Status Solidi (C). — 2014. — Vol. 11, No. 9–10. — P. 1501–1504. 12. Kind H., Yan H., Messer B., Law M., Yang P. Nanowire ultraviolet photodetectors and opti- cal switches // Advanced Materials. — 2002. — Vol. 14, No. 2. — P. 158–160. 13. Клочко Н. П., Клепикова Е. С., Хрипу- нов Г. С., Волкова Н. Д., Копач В. Р., Лю- бов В. Н., Кириченко М. В., Копач А. В. Антиотражающие наноструктурированные массивы оксида цинка, изготовленные ме- тодом импульсного электроосаждения // ФТП. — 2015. — Т. 49, вып. 2. — С. 219–229. 14. Singh R. G., Singh F., Agarwal V., Mehra R. M. Photoluminescence studies of ZnO / porous silicon nanocomposites // Journal of Physics. — D.: Applied Physics. — 2007. — Vol. 40. — P. 3090–3093. 15. Keramatnejad K., Khorramshahi F., Khata- mi S., Asl-Soleimani E. Optimizing UV detec- tion properties of n-ZnO nanowire / p-Si het- erojunction photodetectors by using a porous substrate // Optical and Quantum Electron- ics. — 2015. — Vol. 47. — P. 1739–1749. 16. Martinez L., Ocampo O., Kumar Y., Agarwal V. ZnO-porous silicon nanocomposite for possi- ble memristive device fabrication // Nanoscale Research Letters. — 2014. — Vol. 9. — P. 437- 1–437-6. 17. Wu J. J., Liu S. C. Low-temperature growth of well-aligned ZnO nanorods by chemical vapor deposition // Advanced Materials. — 2002. — Vol. 14. — P. 215–218. 18. Srivatsa K. M. K., Chhikara D., Kumar M. S. Synthesis of aligned ZnO nanorod array on sili- con and sapphire substrates by thermal evapo- ration technique // Journal of Materials Science & Technology. — 2011. — Vol. 27, No. 8. — P. 701–706. 19. Sundaram K. B., Khan A. Characterization and optimization of zinc oxide films by r.f. magne- tron sputtering // Thin Solid Films. — 1997. — Vol. 295, No. 1. — P. 87–91. 20. Gafiychuk V. V., Ostafiychuk B. K., Pop- ovych D. I., Popovych I. D., Serednytski A. S. ZnO nanoparticles produced by reactive la- ser ablation // Applied Surface Science. — 2011. — Vol. 257, No. 20. — P. 8396–8401. 21. Zhu M. W., Huang N., Gong J., Zhang B., Wang Z. J., Sun C., Jiang X. Growth of ZnO nanorod arrays by sol-gel method: transition from two-dimensional film to one-dimensional nanostructure // Applied Physics A. — 2011. — Vol. 103. — P. 159–166. 22. Hsu H. C., Cheng C. S., Chang C. C., Yang S., Chang C. S., Hsieh W. F. Orientation-enhanced growth and optical properties of ZnO nanow- ires grown on porous silicon substrates // Nan- otechnology. — 2005. — Vol. 16, No. 2. — P. 297–301. 23. Клочко Н. П., Мягченко Ю. А., Мельничук Е. Е., Копач В. Р., Клепикова Е. С., Любов В. Н., Хрипунов Г. С., Копач А. В. Перспективы им- пульсного электроосаждения иерархических наноструктур оксида цинка // ФТП. — 2013. — Т. 47, вып. 8. — С. 1129–1136. ЕЛЕКТРИЧНІ ТА ФОТОЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ГІБРИДНИХ СТРУКТУР НА ОСНОВІ ПОРУВАТОГО КРЕМНІЮ... 192 ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 2, vol. 1, No. 2 24. Оленич І. Б., Монастирський Л. С., Аксі- ментьєва О. І., Соколовський Б. С. Воло- гочутливі структури на основі поруватого кремнію // УФЖ. — 2011. — Т. 56, № 11. — С. 1199–1203. 25. Vakulenko O. V., Kondratenko S. V., Shu- tov B. M. // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. — 1999. — Vol. 2, No. 2. — P. 88–89. LІTERATURA 1. Bisi O., Ossicini S., Pavesi L. Porous silicon: a quantum sponge structure for silicon based optoelectronics // Surface Science Reports. — 2000. — Vol. 38, No. 1. — P. 1–126. 2. Cullis A. G., Canham L. T., Calcott P. D. J. The structural and luminescence properties of porous silicon // Journal of Applied Physics. —1997. — Vol. 82. — P. 909–965. 3. Föll H., Christophersen M., Carstensen J., Hasse G. Formation and application of porous silicon // Materials Science and Engineering. — R: Reports. — 2002. — Vol. 39, No. 4. — P. 93–141. 4. Ünal B., Parbukov A. N., Bayliss S. C. Pho- tovoltaic properties of a novel stain etched porous silicon and its application in photosensitive devices // Optical Materials. — 2001. — Vol. 17. — P. 79–82. 5. Venger E. F., Kirillova S. I., Kizyak I. M., Manojlov E. G., Primachenko V. E. Vliyanie primesi zolota na fotolyuminescenciyu i fotoeds poristogo kremniya // FTP. — 2004. — Vol. 38, vyp. 1. — P. 117–123. 6. Brodovoi A. V., Brodovoi V. A., Skryshevs- kyi V. A., Bunchuk S. G., Khnorozok L. M. Photo electric properties of metal-porous silicon-silicon planar heterostructures // Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. — 2002. — Vol. 5, No. 4. — P. 395–397. 7. Olenych I. B., Monastyrskii L. S., Aksi- mentyeva O. I., Sokolovskii B. S. Effect of bromine adsorption on the charge transport in porous silicon — silicon structures // Electronic Materials Letters. — 2013. — Vol. 9, No. 3. — P. 257–260. 8. Olenich І. B. Elektrichnі і fotoelektrichnі vlas- tivostі poruvatogo kremnіyu, modifі kova nogo nanochastinkami kobal’tu // Zhurnal nano- ta elektronnoї fіziki. — 2014. — Vol. 6, No. 4. — P. 04022-1-04022-4. 9. Wang Z. L. Zinc oxide nanostructures: growth, properties and applications // Journal of Physics: Condensed Matter. — 2004. — Vol. 16, No. 25. — P. 829–858. 10. Heo Y. W., Norton D. P., Tien L. C., Kwon Y., Kang B. S., Ren F., Pearton S. J., LaRoche J. R. ZnO nanowire growth and devices // Materials Science and Engineering. — R: Reports. — 2004. — Vol. 47, No. 1. — P. 1–47. 11. Kapustianyk V., Turko B., Luzinov I., Ru- dyk V., Tsybulskyi V., Malynych S., Rudyk Yu., Savchak M. LEDs based on p-type ZnO nanowires synthesized by electrochemical deposition method // Physica Status Solidi (C). — 2014. — Vol. 11, No. 9–10. — P. 1501– 1504. 12. Kind H., Yan H., Messer B., Law M., Yang P. Nanowire ultraviolet photodetectors and optical switches // Advanced Materials. — 2002. — Vol. 14, No. 2. — P. 158–160. 13. Klochko N. P., Klepikova E. S., Hripunov G. S., Volkova N. D., Kopach V. R., Lyubov V. N., Kirichenko M. V., Kopach A. V. Anti otra- zhayuschie nanostrukturirovannye massivy ok sida cinka, izgotovlennye metodom impu- l’snogo elektroosazhdeniya // FTP. — 2015. — Vol. 49, vyp. 2. — P. 219–229. 14. Singh R. G., Singh F., Agarwal V., Mehra R. M. Photoluminescence studies of ZnO / porous silicon nanocomposites // Journal of Physics. — D.: Applied Physics. — 2007. — Vol. 40. — P. 3090–3093. 15. Keramatnejad K., Khorramshahi F., Khata- mi S., Asl-Soleimani E. Optimizing UV de- tection properties of n-ZnO nanowire / p-Si he terojunction photodetectors by using a porous substrate // Optical and Quantum Electronics. — 2015. — Vol. 47. — P. 1739– 1749. 16. Martinez L., Ocampo O., Kumar Y., Agarwal V. ZnO-porous silicon nanocomposite for pos - sible memristive device fabrication // Nanos- cale Research Letters. — 2014. — Vol. 9. — P. 437-1–437-6. 17. Wu J. J., Liu S. C. Low-temperature growth of well-aligned ZnO nanorods by chemical vapor deposition // Advanced Materials. — 2002. — Vol. 14. — P. 215–218. 18. Srivatsa K. M. K., Chhikara D., Kumar M. S. Synthesis of aligned ZnO nanorod array on І. Б. ОЛЕНИЧ 193ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 2, vol. 1, No. 2 silicon and sapphire substrates by thermal evaporation technique // Journal of Materials Science & Technology. — 2011. — Vol. 27, No. 8. — P. 701–706. 19. Sundaram K. B., Khan A. Characterization and op timization of zinc oxide films by r. f. magnetron sputtering // Thin Solid Films. — 1997. — Vol. 295, No. 1. — P. 87–91. 20. Gafiychuk V. V., Ostafiychuk B. K., Popo- vych D. I., Popovych I. D., Serednytski A. S. ZnO nanoparticles produced by reactive laser ablation // Applied Surface Science. — 2011. — Vol. 257, No. 20. — P. 8396–8401. 21. Zhu M. W., Huang N., Gong J., Zhang B., Wang Z. J., Sun C., Jiang X. Growth of ZnO nanorod arrays by sol-gel method: transition from two-dimensional film to one-dimensional nanostructure // Applied Physics A. — 2011. — Vol. 103. — P. 159–166. 22. Hsu H. C., Cheng C. S., Chang C. C., Yang S., Chang C. S., Hsieh W. F. Orientation- enhanced growth and optical properties of ZnO nanowires grown on porous silicon substrates // Nanotechnology. — 2005. — Vol. 16, No. 2. — P. 297–301. 23. Klochko N. P., Myagchenko Yu. A., Mel’n- ichuk E. E., Kopach V. R., Klepikova E. S., Lyubov V. N., Hripunov G. S., Kopach A. V. Perspektivy impul’snogo elektroosazhdeniya ierarhicheskih nanostruktur oksida cinka // FTP. — 2013. — Vol. 47, vyp. 8. — P. 1129– 1136. 24. Olenich І. B., Monastirs’kij L. S., Aksі- ment’єva O. І., Sokolovs’kij B. S. Volo- gochutlivі strukturi na osnovі poruvatogo kremnіyu // UFZh. — 2011. — Vol. 56, No. 11. — P. 1199–1203. 25. Vakulenko O. V., Kondratenko S. V., Shu- tov B. M. // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. — 1999. — Vol. 2, No. 2. — P. 88–89.

Електричні та фотоелектричні властивості гібридних структур на основі поруватого кремнію і оксиду цинку

Institution

Ähnliche Einträge