Фотовольтаический эффект в сегнетоэлектрике SbSJ и пироэлектрике ZnO

Фотовольтаический эффект в сегнетоэлектрике SbSJ и пироэлектрике ZnO

В настоящей работе обнаружен и исследован пространственно-осциллирующей фотовольтаический ток (ПОФТ) в направлении (100) в сегнетоэлектрике SbSJ при освещении поляризованным светом в направлении (010) и фотовольтаический эффект в пироэлектрических кристаллах ZnO....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2008
1. Verfasser: Каримов, Б.Х.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2008
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/7863
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:Фотовольтаический эффект в сегнетоэлектрике SbSJ и пироэлектрике ZnO / Б.Х. Каримов // Физическая инженерия поверхности. — 2008. — Т. 6, № 1-2. — С. 70-74. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-7863
record_format dspace
spelling irk-123456789-78632010-04-21T12:01:38Z Фотовольтаический эффект в сегнетоэлектрике SbSJ и пироэлектрике ZnO Каримов, Б.Х. В настоящей работе обнаружен и исследован пространственно-осциллирующей фотовольтаический ток (ПОФТ) в направлении (100) в сегнетоэлектрике SbSJ при освещении поляризованным светом в направлении (010) и фотовольтаический эффект в пироэлектрических кристаллах ZnO. У даній роботі виявлений і досліджений просторово-осцилюючий фотовольтаїчний струм (ПОФТ) у напрямку (100) в сегнетоелектрику SbSJ при освітленні поляризованим світлом у напрямку (010) та фотовольтаїчний ефект у піроелектричних кристалах ZnO. In this work the space-oscillating photovoltaic current in a direction (100) in the segnetoelectric of SbSJ at illumination by the polarized light in a direction (010) and the photovoltaic effect in the piroelectric crystals of ZnO had been discovered and investigated. 2008 Article Фотовольтаический эффект в сегнетоэлектрике SbSJ и пироэлектрике ZnO / Б.Х. Каримов // Физическая инженерия поверхности. — 2008. — Т. 6, № 1-2. — С. 70-74. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1999-8074 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/7863 537.215.12 ru Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description В настоящей работе обнаружен и исследован пространственно-осциллирующей фотовольтаический ток (ПОФТ) в направлении (100) в сегнетоэлектрике SbSJ при освещении поляризованным светом в направлении (010) и фотовольтаический эффект в пироэлектрических кристаллах ZnO.
format Article
author Каримов, Б.Х.
spellingShingle Каримов, Б.Х.
Фотовольтаический эффект в сегнетоэлектрике SbSJ и пироэлектрике ZnO
author_facet Каримов, Б.Х.
author_sort Каримов, Б.Х.
title Фотовольтаический эффект в сегнетоэлектрике SbSJ и пироэлектрике ZnO
title_short Фотовольтаический эффект в сегнетоэлектрике SbSJ и пироэлектрике ZnO
title_full Фотовольтаический эффект в сегнетоэлектрике SbSJ и пироэлектрике ZnO
title_fullStr Фотовольтаический эффект в сегнетоэлектрике SbSJ и пироэлектрике ZnO
title_full_unstemmed Фотовольтаический эффект в сегнетоэлектрике SbSJ и пироэлектрике ZnO
title_sort фотовольтаический эффект в сегнетоэлектрике sbsj и пироэлектрике zno
publisher Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate 2008
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/7863
citation_txt Фотовольтаический эффект в сегнетоэлектрике SbSJ и пироэлектрике ZnO / Б.Х. Каримов // Физическая инженерия поверхности. — 2008. — Т. 6, № 1-2. — С. 70-74. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT karimovbh fotovolʹtaičeskijéffektvsegnetoélektrikesbsjipiroélektrikezno
first_indexed 2025-07-02T10:39:44Z
last_indexed 2025-07-02T10:39:44Z
_version_ 1836531355875278848
fulltext ФІП ФИП PSE, 2008, т. 6, № 1-2, vol. 6, No. 1-270 ВВЕДЕНИЕ При освещении короткозамкнутого сегнето- электрика через него протекает стационар- ный ток, который в [1, 2] был назван фото- вольтаическим. Было показано, что именно фотовольтаический ток приводит к аномаль- ному фотовольтаическому эффекту (АФ эф- фект) в сегнетоэлектрике. Аномальный фотовольтаический эффект, обнаруженный для сегнетоэлектриков впер- вые в [1, 2], является частным случаем более общего АФ эффекта, описываемого для крис- таллов без центра симметрии тензором тре- тьего ранга αiik [3]. ∗α= kjijk EEJ . (1) Согласно (1), при равномерном освещении линейно поляризованным светом однородно- го кристалла без центра симметрии (сегнето или пъезоэлектрического кристалла) в нем возникает фотовольтаический ток Ji, знак и величина которого зависят от ориентации ве- ктора поляризации света с проекциями Ej, E * k. Компоненты тензора αijk отличны от нуля для 20 ацентричных групп симметрии. Если элек- троды кристалла разомкнуть, то фотовольта- ический ток Ji генерирует фотонапряжения lJV фT i i σ+σ = , где σT и σΦ, соответственно, темновая и фото- проводимость, l расстояние между электрода- ми. Генерируемое фотонапряжение порядка 103 – 105 В, превышающее, таким образом, ве- личину ширины запрещенной зоны Eg на два – четыре порядка. В соответствии с (1) и симметрией точеч- ной группы кристалла можно написать выра- жения для фотовольтаического тока Ji. Срав- нение экспериментальной угловой зависи- мости Ji(β) с (1) позволяет определить фото- вольтаический тензор αiik или фотоволь- таический коэффициент ijkijkK α α = * 1 (α* – коэффициент поглощения света). Как показал Белиничер [4], в зависимости от формы оптической индикатрисы и направ- ления распространения плоско поляризован- ного света в кристалле могут существовать направления, для которых фотовольтаичес- кий ток (1) является пространственно осцил- лирующим. В этом случае [ ]qxnniEExJ eeeii )(exp)( 000 −α= ∗ , (2) где ne, n0 – показатели преломления обыкно- венного и необыкновенного лучей, Ee и * 0E – проекции вектора поляризации света на опти- ческие оси кристалла, λ π= 2q – волновой век- тор. В этом случае фотовольтаический ток (2) осциллирует в кристалле с периодом l0 = λ( ne – n0) –1. Как указывалось в [4] и как видно из (2), пространственно осциллирую- щий фотовольтаический ток (ПОФТ) может экспериментально наблюдаться в условиях сильного поглощения света. (α*)–1 ≤ l0, l0 = λ( ne – n0) –1, (3) где α* – коэффициент поглощения. ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКЕ SBSJ В настоящей работе обнаружен и исследован пространственно-осциллирующей фотоволь- УДК 537.215.12 ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКЕ SBSJ И ПИРОЭЛЕКТРИКЕ ZnO Б.Х. Каримов Ферганский государственный университет Узбекистан Поступила в редакцию 10.02.2008 В настоящей работе обнаружен и исследован пространственно-осциллирующей фотовольтаи- ческий ток (ПОФТ) в направлении (100) в сегнетоэлектрике SbSJ при освещении поляризован- ным светом в направлении (010) и фотовольтаический эффект в пироэлектрических кристаллах ZnO. ФІП ФИП PSE, 2008, т. 6, № 1-2, vol. 6, No. 1-2 71 таический ток (ПОФТ) в направлении (100) в сегнетоэлектрике SbSJ при освещении по- ляризованным светом в направлении (010). Сульфоиодид сурьмы (SbSJ) принадлежит к классу халькогенидов металлов пятой груп- пы AVBVICII, где A-Sb; Bi; B-S, Se,Te; C-CL, Br, J. Кристаллы SbSJ и SbSJxBr1-x – двуос- ные, обладают большим двупреломлением, ниже температуры. Кюри Тс= 22 °С кристал- лы SbSJ принадлежат к классу mm2 и обла- дают ромбической симметрией. При фазовом превращении происходит исчезновение цент- ра симметрии, следовательно, ниже точки перехода кристаллы SbSJ становятся сегнето- электриками. Фазовый переход при 22 °С был зарегис- трирован впервые Фатуццо [5] при измене- нии температурной зависимости диэлектри- ческой проницаемости. Кристаллы обладают ярко выраженными полупроводниковыми свойствами, их фотоэлектрические свойства хорошо изучены [1]. Измерения проводились для монокри- сталлов SbSJ в сегнетоэлектрической фазе при температуре Т = 133 К. Кристалл осве- щался плоско поляризованным светом с по- мощью ксеноновой лампы и монохроматора ЗМР. Измерялся стационарный фотоволь- таический ток J по ранее описанному [1] методу. В соответствии с симметрией SbSJ (точечная группа mm2) при измерении Jz (z – направление спонтанной поляризации) и освещении кристалла в x и y направлениях ПОФТ не возникает. Выражение для фото- вольтаического тока Jzпри освещения в x и y направлениях, соответственно, имеет вид: Jz = α32I + (α33 – α32)Icos2β, (4) Jz = α31I + (α33 – α31)Icos2β, (5) где I – интенсивность света, β – угол между плоскостью поляризации света и осью z. На рис.1 кривая 1 представляет экспери- ментальную угловую зависимость Jz(β) для λ = 600 нм при освещении вдоль (100). Из сравнения экспериментальных угловых зави- симостей Jz(β) с (4) и (5) были оценены чис- ленные значения αjjk или фотовольтаические коэффициенты ijkijkK α α = ∗ 1 . С учетом пле- охроизма и анизотропии отражения света в SbSJ [6] были получены следующие значе- ния: K31 ≈ 4⋅10–8; K 32 ≈ 3⋅10–8; K 33≈ (2 – 3)⋅10–8 А⋅см⋅(Вт)–1. Таким образом, в SbSJ фотоволь- таические коэффициенты K31, K32, K33 более, чем на порядок, превышают соответствую- щие коэффициенты в LiNbO3:Fe. Согласно (2), для SbSJ компоненты фото- вольтаического тока Jx и Jy являются прост- ранственно-осциллирующими. Однако, при освещении кристалла в области сильного по- глощения в направлении осей x или y и при выполнении условия (3) вдоль поверхностей (100) и (010), соответственно, текут токи. βα= 2cos 2 1 24IJ y , (6) βα= 2sin 2 1 15IJ x , (7) где β – угол между плоскостью поляризации света и осью z. Согласно [1, 7], для SbSJ ус- ловие сильного поглощения (3) должно вы- полняться уже при λ ≤ 470 нм. Для наблю- дения ПОФТ в условиях сильного поглоще- ния на грань цинакоида (010) напылялись серебряные электроды в форме полос, парал- лельных оси спонтанной поляризации z. С помощью этих электродов при освещении кристалла в направлении (010) поляризован- ным светом с λ = 460 нм измерялся ток Jx (кривая 2) и в длинноволновой области (λ = 600 нм, кривая 1) измерялся ток Jz. Уг- ловая зависимость измеряемого тока удовлет- воряет (5), в том время как ток Jх в этой об- ласти вообще не может наблюдаться из-за нарушения условия (3) и пространственной осцилляции. Рис. 1. Зависимость фотовольтаического тока Jz(1) при λ = 600 нм и Jx (2) при = 460 нм от ориентации плоскости поляризации света в SbSJ. Б.Х. КАРИМОВ ФІП ФИП PSE, 2008, т. 6, № 1-2, vol. 6, No. 1-272 На рис. 2 представлены спектральные Jz (кривая 1), Jx (кривая 2), отнесенные к едини- це падающий энергии, а также спектральная зависимость L = l0α *, построенная с учетом дисперсии n0, nе и коэффициента поглощения α* в (010) направлении. Угловая зависимость Jx(β) в форме кри- вой 2, хорошо согласуется с (7) при K15 = (2 – – 4)·10–9А⋅см⋅(Вт)–1 (λ = 460 нм). В то время, как измерявшаяся ранее спек- тральная зависимость Jz является монотон- ной, спектральная зависимость -Jx обнаружи- вает резкий максимум вблизи L ≅ 1. Таким образом, спад Jx в длинноволновой области, где L << 1, обуcловлен ПОФТ. Интересен спад Jx в коротко волновой области, где L > 1. Так как АФ эффект не связан с временем жиз- ни неравновесных носителей, то, возможно, это – коротковолновой спад Jx обусловлен уменьшением K15 и, следовательно, подвиж- ности в направлении (100). АФ ЭФФЕКТ В ПОРИЭЛЕКТРИЧЕС- КИХ КРИСТАЛЛАХ ZnO В настоящее время к кристаллам окиси цинка ZnO – полупроводникового соединения груп- пы А11Вy1 , обладающего высокой пьезоэлект- ричексой активностью, проявляется повы- шенный интерес в связи возможностью их использования в новых перспективных на- правлениях микро-, опто-, акустоэлектро- ники (создания электромеханических прео- бразователей, интегральных линий задержки, усилителя ультразвуковых колебаний, каналь- ных триодов, осцилляторов и т.д). Кристаллы окиси цинка являются гексаго- нальными и принадлежат к точечной группе 6 мм. В настоящей работе обнаружен и ис- следован АФ эффект в кристаллах ZnO. В со- ответствии с (1) и симметрией точечной груп- пы выражение, для фотовольтаического тока Jz при освещении х и y направлениях имеет вид [3, 8] J = α31I + (α33 – α31)Icos2β, (8) где Jz – фотовольтаический ток в направле- нии z (ось z совпадает с осью симметрии шес- того порядка), I – интенсивность света и β – угол между плоскостью поляризации света и оси z. Рис. 3 показывает экспериментальную уг- ловую зависимость Jz(β) для двух различных спектральных участков в примесной чувстви- тельности (λ = 600 нм и λ = 460 нм) при осве- щении вдоль оси [010]. Сравнение экспери- ментальной угловой зависимости Jz(β) c (8) позволяет определить численные значения αijk или фотовольтаических коэффициентов Kijk. Были получены следующие значения: K31 = 2⋅10–10, K33 = 2⋅10–9 A⋅см⋅ (Вт)–1 для λ = 460 нм; K31 = 1⋅10–10, K33 = 3⋅10–10 A⋅см⋅(Вт)–1 для λ= 600 нм. Рис. 2. Спектральная зависимость Jz (1), Jx (2) и L = l0α * (3). Рис. 3. Ориентационная зависимость фотовольтаичес- кого тока Jz(β) в ZnO при Т = 133 К. Направление рас- пространения света вдоль оси [010] указано в верхней части рисунка. ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКЕ SBSJ И ПИРОЭЛЕКТРИКЕ ZnO ФІП ФИП PSE, 2008, т. 6, № 1-2, vol. 6, No. 1-2 73 Таким образом, фотовольтаические коэф- фициенты, характеризующие примесные центры в ZnO, сильно зависят от природы этих центров. Асимметрия центра (и, соот- ветственно, разность К33 – К31) растет с ростом энергии активизации центра. Этот вывод подтверждается также спект- ральным распределением Jz в ZnO (рис. 4а). Оно показывает, что максимум при λ=460 нм имеет примесную природу. Кривые 1 и 1′ рис. 4а иллюстрируют влия- ние оптической перезарядки примесных цен- тров на фотовольтаический эффект в ZnO. Кривая 1′ была получена после предварите- льного освещения кристалла в собственной спектральной области, а кривая 1 без предва- рительного освещения. Рис. 4а показывает, что предварительное освещение кристалла в области собственной фоточувствительности приводит к увеличе- нию концентрации носителей в ловушках, что в свою очередь увеличивает фотовольтаи- ческий ток за счет асимметричного возбуж- дения носителей из ловушек в зону. В темно- те кривая 1′ медленно переходит в равновес- ное спектральное распределение, т.е. в кри- вую 1. Это естественно связать с термическим опустошением ловушек. Рис. 4б показывает спектральное распре- деление фотопроводимости σΦ в собствен- ной области (кривая 3) и влияние предва- рительного освещения в собственной области на спектральное распределения примесной фотопроводимости (кривая 2 и 21). Кривые 2 и 2′ иллюстрируют явление оп- тической перезарядки примесных центров в ZnO, о котором говорилось выше. ВЫВОДЫ Исследования АФ-эффекта, несомненно, представляют значительный интерес как для теории физики и ее приложений, так и для понимания особенностей кинетики сред без центра симметрии. БЛАГОДАРНОСТИ Автор благодарит В.М. Фридкина за об- суждение данной статьи. ЛИТЕРАТУРА 1. Фридкин В.М. Фотосегнетоэлектрики. – М.: “Наука”, 1979. – С. 186-216. 2. Glass A.M.Voh der Linbe D. Nerren T.J. High- voltage Bulk Photovoltaik ettect and the Photovoltaik ettect and the Photorefractive pro- cess in LiNbo// Appl. Phys. Lett. – 1974. – № 4, Vol. 25. – P. 233-236. 3. Белиничер В.И., Маалиновский В.К., Стур- ман Б.И. Фотовольтаический эффект в крис- таллах с полярной осью// ЖЭТФ. – 1977. – Т.73. – С. 692-699. 4. Belinicner V.I. Spese-Oscillating Photocurrent in Crystals withot Symmetry Center//Physics. – 1978. – Vol. 66, № A.3. – P. 213-214. 5. Fatusso E., Harbeke G., Mers. W., Nitsche R., Roltschi, Ruppel E. Ferroelectricity in SbSJ// Phsi. Rev. – 1962. – Vol.1276. – P. 2036-2037. 6. Герзанич Е.И., Бризгалов И.А., Ракчеев А.Д., Ляховицкая В.А. Оптические постоянные а) б) Рис. 4. Спектральное распределение фотовольтаи- ческого тока Jz – a) и фотопроводимость σФ – б). Б.Х. КАРИМОВ ФІП ФИП PSE, 2008, т. 6, № 1-2, vol. 6, No. 1-274 монокристаллы//Кристаллография. – 1968. – Т.13. – С. 898-900. 7. Стурман Б.И., Фридкин В.М. Фотогальва- нические эффекты в средах без центра инвер- сии. – М.: “Наука”, 1992. – 208 с. ФОТОВОЛЬТАЇЧНИЙ ЕФЕКТ У СЕГНЕТОЕЛЕКТРИКУ SBSJ ТА ПІРОЕЛЕКТРИКУ ZnO Б.Х. Карімов У даній роботі виявлений і досліджений просто- рово-осцилюючий фотовольтаїчний струм (ПОФТ) у напрямку (100) в сегнетоелектрику SbSJ при освітленні поляризованим світлом у напрямку (010) та фотовольтаїчний ефект у піро- електричних кристалах ZnO. 8. Фридкин В. М. Объемный фотовольтаичес- кий эффект в кристаллах без центра сим- метрии// Кристаллография. – 2001. – Т. 46, № 4. – С. 722-726. ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКЕ SBSJ И ПИРОЭЛЕКТРИКЕ ZnO THE PHOTOVOLTAIC EFFECT IN SEGNETOELECTRIC OF SbSJ AND PIROELECTRIC ZnO B.Kh. Karimov In this work the space-oscillating photovoltaic cur- rent in a direction (100) in the segnetoelectric of SbSJ at illumination by the polarized light in a direc- tion (010) and the photovoltaic effect in the piro- electric crystals of ZnO had been discovered and investigated.

Ähnliche Einträge