Все науки. №12, 2023. Международный научный журнал

УДК: 531/534

С.М.Отажонов

Профессор, доктор физика-математические наук

Ферганский государственный университет

Аннотация. В данной работе рассмотрено механизм изменения свойств Cu_2-xTe-CdTe солнечных элементов под действием термообработки. Установлено, что атомы меди из раствора CuCi в процессе создания гетероперехода химическим способом проникают в базовой слой CdTe по границам зерен через слой Cu_2-xTe. В процессе термообработки шунтирующие р-п-перехода атомы меди проникают в глубь базового слоя, образовав компенсирующие акценторные уровни в CdTe.

Ключевые слова: термообработка, гетеропереход, атомы меди, объёмная заряд, туннелирования носителей заряда.

Abstract. In this paper, the mechanism of Cu_2-xTe-CdTe solar cells properties change under the action of heat treatment is considered.It is found that copper atoms from CuCi solution during the process of heterojunction creation chemically penetrate into the CdTe base layer along the grain boundaries through the Cu_2-xTe layer. During the heat treatment process, the p-p junction shunting Cu atoms penetrate deep into the base layer to form compensating accentor levels in CdTe.

Keywords: heat treatment, heterojunction, copper atoms, volume charge, charge carrier tunneling.

Получено термическим испарением и химическим способом гетероструктуры на основы Cu_2-xTe-CdTe. Сразу же после получения гетероперехода базовый слой n-CdTe ещё недостаточно конденсирован медью, чем обусловлено узкая область объёмного заряда. Кроме того известно, что атомы меди из раствора CuCi в процессе создания гетероперехода химическим способом проникают в базовой слой CdTe по границам зерен через слой Cu_2-xTe. При внезапном прекращена химической реакции некоторая часть атомов меди, не связанных с CdTe, остаётся на границе раздела гетероперехода. Эти атомы меди образуют на границе раздела шунтирующие каналы. Узкая область объёмная заряда и наличия шунтирующих каналов на границе раздела дают возможность туннелирования носителей заряда через эти каналы. Туннельные токи через шунтирующие каналы на границе раздела уменьшают эффективную высоту потенциального барьера и тем самым-значение напряжения холостого хода. Образцы из партии С и К характеризуются меньшими размерами кристаллитов по сравнению с образцами из партии П. поскольку, как уже отмечались выше, атомы меди проникают в базовой слой CdTe по границам кристаллитов, то, очевидно, что плотность свободных (не связанных с CdTe) атомы меди (шунтирующих р-п-переход) в образцах из партии С и К выше, чем в образцах из партии П. В свете вышеизложенного становятся ясными низкие исходные значения параметров элементов партии С и К сразу же после их получения.

Рис. 1 Прямые ветви ВАХ Cu_2-xTe-CdTe солнечных элементов до (а) и после (б) ТО

Рис.2 Обратные ветви ВАХ Cu_2-xTe-CdTe солнечных элементов до (а) и после (б) ТО

В процессе термообработки шунтирующие р-п-перехода атомы меди проникают в глубь базового слоя, образовав компенсирующие акценторные уровни в CdTe. Образования акцепторные уровней приводит к расширению области объёмного заряда [1—56].

Таким образом, при термообработке происходит, с одной стороны, уменьшение плотности граничных состояний и, с другой стороны, расширение области объёмного заряда. Оба этих взаимосвязанных процесса уменьшают вероятность туннелирования носителей заряда на границе раздела и тем самым увеличивают эффективную высоту потенциального барьера. Следовательно, происходит возрастания напряжения холостого хода. Об уменьшением плотности шунтирующих каналов также свидетельствует уменьшение значения обратного тока насыщение поле ТО. Уменьшение плотности шунтирующих каналов также свидетельствует уменьшении значения обратного тока насыщения поле ТО. Уменьшение плотности граничных состояний увеличивает значение шунтирующего сопротивления р-п-перехода. Известно, что увеличения шунтирующего сопротивлениям способствует росту коэффициента заполнения нагрузочной характеристики. При длительной термообработке параметры образцов уменьшается особенно ярко это выражено в уменьшении. В свете развитых представлений уменьшение при длительной термообработке можно объяснит двумя причинами.

Рис. 3 Нагрузочные характеристики Cu_2-xTe-CdTe солнечных элементов до (а) и после (б) ТО

Поскольку термообработки образцов происходит на воздухе, поверхность их не герметизирована, то возможно образования на поверхности теллурида меди окисного слоя, например, аналогично тому, что наблюдается в элементах типа Cu_2-S-Cd Se. Так как окись меди – является более широкозонным материалом, то возможно уменьшение поверхностной рекомбинации, которое приводит к росту значения фототока.

Заключения

Во-первых, медь может диффундироваться в слой CdTe как из медных закороток, так и из слоя теллурида меди, изменяя при этом стехиометрии слоя теллурида меди. При изменения состава Cu_2-xTe заменяется и параметры решёток. Несоответствии параметров кристаллической решётки Cu_2-xTe и CdTe является причиной возникновения механических напряжений на границе раздела р-п-перехода. Под влиянием механических напряжений на границе раздела происходит обрыв связей между Cu_2-xTe и CdTe, что приводит к возникновению энергетических уровней в запрошенной зоне. Следовательно, уменьшается выходные параметры фотоэлемента. Во-вторых, при длительной термообработке происходит глубокие проникновение атомов меди в CdTe и, следовательно, чрезмерное расширение области объёмного заряда.

С расширением области объёмного заряда уменьшается напряжённость электрического поля р-п-перехода. В свою очередь уменьшение напряженности электрического поля приводит к уменьшению коэффициента собирания и тока короткого замыкания согласно выражению:

где S – скорость поверхностной рекомбинации на границе раздела, µ_n – подвижность электронов, Е-напряжённость электрического поля р-п-перехода.

Использованные литературы

1. L. Leontie, V. Nedeff, I. Evtodiev, M Stamate. Photoelectric properties of Bi2O3/GaSe heterojunctions. February 2009Applied Physics Letters 94 (7):071903-071903-3. DOI:10.1063/1.3035854

2. V. N. Katerynchuk, Z. D. Kovalyuk, Z. Kudrynskyi. Photoelectric properties of n-ITO/p-GaTe heterojunctions. May 2015Semiconductors 49 (5):600—603. DOI:10.1134/S1063782615050085

3. SM Otajonov, RN Ergashev, T Axmedov, Ya Usmonov, B Karimov. Photoelectric properties of solar cells based on pCdTe-nCdS and pCdTe-nCdSe heterostructures. Journal of Physics: Conference Series. 2022/12/1. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/2388/1/012062/meta

4. SM Otazhonov, RN Ergashev, KA Botirov, BA Qaxxorova, MA Xudoynazarova, NA Abdukarimova. Influence of thickness and temperature on photoelectric properties of p-CdTe-nCdS and pCdTe-CdSe heterostructures. Journal of Physics: Conference Series. (2022, December). https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/2388/1/012001

5. I. Karimov S.M. Otajonov, R.N. Ergashev. Electrophysical and surface active properties of p-CdTe-nCDS and pCdTe-CdSe heterostructures with deep impurity levels. Modern trends in the development of semiconductor physics: achievements, problems and prospects. © Research Institute of FPM, 2022.

6. R.N. Ergashev, M.M. Bakhramov. Transparent conductive Sn based. Horizon: Journal of Humanity and Artificial Intelligence. 2023/5/31. http://univerpubl.com/index.php/horizon/article/view/1882

7. T Akhmedov, SM Otajonov, Y Usmonov, MM Khalilov, N Yunusov,.Optical properties of polycrystalline films of lead telluride with distributed stichiometry// Journal of Physics: Conference Series 1889 (2), 022052; 50; 2021

8. SM Otazhonov, KA Botirov, MM Khalilov, N Yunusov // IN PHOTOSENSITIVE THIN FILMS CdTe: Ag AND PbTe // Science and World International scientific journal 6 (94), 11—16;

9. СМ Отажонов, МХ Рахмонкулов, ПИ Мовлонов, Н Юнусов // Влияние термообработки на фотоэлектрические свойства гетероструктуры Cu2-xTe-CdTe// Science 89, 19; 23; 2021

10. SM Otazhonov, N Yunusov, B Qakhkhorova // Deformation characteristics of PbTe-Te Polycrystalline films //Science and world 103, 22; 26; 2022

11. А. Абдулхамидов, Н. Э. Алимов Спектральная память низкоразмерных p-CdTe с глубокими примесными уровнями.; Тринадцатая международная конференция «ФИЗИКА ДИЭЛЕКТРИКОВ» (Диэлектрики – 2014)Санкт-Петербург,2—6 июня 2014

12. N.Alimov D. Ismoilova Role of deep impurity levels in film heterostructures p – CdTe—ZnSe.; IUPAC 11^th International Conference on Novel Materials and Synthesis (NMS – XI) 24 International Symosium oh Fine Chemistry and Functional Polymers (FCFP – XXIII) 11 – 16 oktober, 2015 Qinhuangdao, China;

13. С. М. Зайнолобиддинова, Н. Э. Алимов, М. М. Халилов, Д. А. Юсупова, Ш. Якубова Изменение потенциальных барьеров низкоразмерных тонких пленок p-CdTe в условиях внешних воздействий; Журнал физики и инженерии поверхности Харьков 2016 том 1, №1, стр. 52—56;;

14. К. Ботиров, П. Мовлонов, Н. Э. Алимов, М. М. Халилов, О. Эргашев, Ш. Якубова Изучение деформационных эффектов в нанокристаллических фоточувствительных активированных тонких пленках p-CdTe; Журнал физики и инженерии поверхности Харьков 2016 том 2, №2, стр. 140 – 144;;

15. Н. Жураев М. Халилов Н. Э. Алимов, Фоточуствительность и механизм протекания тока в гетероструктурах p – CdTe – SiO₂ – Si с глубокими примесными уровнями; Журнал физики и инженерии поверхности Харьков 2017 том 2, №1, стр. 26 —29;

16. Aлимов H Жураев Н Мовлонов П Халилов М Элементы памяти с управляемым временем запоминания и спектральной фоточувствительности; Патент№ IAP 20170249 Агенства по интеллектуальной собственности РУз 26 декабря 2017 Расмий Ахборотнома Тошкент-2018, 12 (212);

17. Юлдашалиев Д Каримов Б Ахматжонов Р Малооборотный генаратор тока; Полезный модел № FAP 20170037 АГЕНСТВА ИНТЕЛЛКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ РУЗ 10 АВГУСТА 2017;

18. Aлимов H Fotosensitivity of nanocrystalline cdte and polyrystalline silicon based structures; 81Th International conf Polymers and Organic Materials for Elektronics Praga Chehiua 10—14 September 2017;

19. Aлимов H Study of polycrystalline CdTe films by contact and contactless pulsed photo-ionization spectroscopy; Journal Thin Solid Films 660 June 2018 pp.231—235,США IF 2,03 DOI: 10.1016/j. tst.2018.06.016 Scopus;

20. О Aлимов H птическая спектральная память в пленочной ультракристаллической гетероструктуре p-CdTe-SiO2-Si; Научно-Технический журнал ФерПИ 2018 Том 22. №2 стр. 113—116;

21. Aлимов H Ботиров Қ //Особенности физических свойств модифицированной поверхности пленочной структуры p-CdTe-ZnSe с глубокими примесными уровнями; Международная конференция «ФОТОНИКА-2017» 11—15 сентября 2017, Новосибирск, Россия;

22. Алимов Н //Фотопроводимость в ультракристаллических гетероструктурах CdTe-SiO-Si; Международная конференция «ФОТОНИКА-2018» 11—15 сентября 2018, Новосибирск, Россия;

23. Meskauskaite D Gaubas E Алимов Н // Comparative aralysis of Gan and CdTe thin films for radiation detectors.; I6 th Inter.conf on Radiation and Applications on various Fields of research. Ohrid.2018 18—22 iyun Makedonia;

24. М. Халилов Ботиров К // Стабилизация тензочувствительности поликриссталлических пленок РвS под действием лазерного отжига; Science and World International scientific journal №8 (84) август 2020 ISSN 2308—4804. IF 0,325 стр 11—16

25. Алимов Н, Ботиров К, Раззоков Б, Юнусов Н // И Исследование электрических и фотоэлектрических свойств фотопреобразователей на основе гетероперехода Cu Te – CdTe; Международной научно-практической конференции CHALLENGES IN SCIENCE JF NOWADAYS 26—28 ноября 2020 г. г. ВАШИНГТОН, США;

26. Юнусов Н, Мовлонов П, Рахмонқулов М // Effect of heat treatment on the photovoltaic properties of the si 2-te-cdte heterostructure; Science and World International scientific journal №1 (89) январь 2021 ISSN 2308—4804. IF 0,325 Page 22—27;

27. Ботиров К Мовлонов П, Алимов Н //CdTe-SiO2-Si-Al hetestructure photosensitivity control with deep impurity levels under external factors.; Euroasian Journal of Semiconductors Science and Engineering Volime2, ISSUE5 5, 2020. p 22—25 https://uz journals.edu.uz/ semiconductors/vol /2issue/5;

28. Akhmedov T, Usmonov Ya, Ботиров Қ, Khalilov M, Yunusov N, Влияние внутреннего напряжения на деформационные характеристики поликристаллических плёнок РbTe с избытком теллура и свинца; Science and World International scientific journal №3 (91) март 2021ISSN2308—4804IF0,325 Page 18—22 http://scienceph.ru/f/science_and_world_no_3_91_march.pdf

29. Рахмонқулов М, Халилов М, Ботиров Қ, Юнусов Н // Effect of group VII elements on strain sensitivity of polycrystalline films PBTE, PBS; European Science Review 2021 №1—2/ January-February/ Vienna https://doi.org/10.29013/ESR-21-1.2-35-38;

30. Ахмедов Т, Усмонов Я, Халилов М, Юнусов Н. // Optical properties of polycrystalline films of lead telluride with distributed stichiometry; Journal of Physics Conference Series/ 1889 (2021) 022052 doi:10.1088/1742—6596/1889/2/022052 Scopus;

31. Вайткус Ю. Ю., Халилов М. М., Юнусов Н. // Влияние Избытка Теллура И Свинца На Деформационные Характеристики Поликристаллических Пленок PbTe; Scientific Bulletin, Physical and Mathematical Research Vol.3 Iss.2021 УДК: 621.315.592

32. Ботиров Қ, Халилов М. М., Юнусов Н // Bлияние деформации на миграцию дефектов в фоточувствительных тонких пленках CdTe: Ag И PbTe Science and World International scientific journal №6 (94) июн 2021 ISSN 2308—4804. IF 0,325 Page 11—16;

33. Максудов Р, Ахмедов М, Шухратов Ш, Хожикаримова Г. // Инновацион таьлимда дарс шакли, методи ва воситаларини танлаш; Ўқув қўлланма 2021 ФарДу УК N7.30 март 2021; 146

34. Максудов Р, Шухратов Ш, Рахмонқулов М. // Материалшунослик ва конструкцион материаллар технологияси; Ўқув қўлланма ФарДу УК N7.30 март 2021; 210

35. Далиев Х. Онорқулов М // Device for stud device for studying tenze sensi ying tenze sensitivity in pho y in photosensitive semiconductor films; Euroasian Journal of Semiconductors Science and Engineering//vol3. 2021.31—35

36. T. Akhmedov, N. Yunusov .M.Khalilov // Effective dielectric permeability and electrical conductivity of polycrystalline PbTe films with disturben stoichiometry.; Journal of Physics Conference Series/ (2131) 2021 doi:10.1088/1742-6596/2131/5/052008.Scopus;

37. T. Akhmedov, Usmonov Ya.,Khalilov M.M., Mamajonov U.M // Влияние термообработки на электрофизические свойства поликристаллических пленок теллурида свинца; Science and world.2022.№1 (101) Стр 12—17);

38. Akhmedov T., Usmonov Ya., Khalilov M.M., Botirov K.A. EFFECTS OF UNIAXIAL DEFORMATION ON THE CARRIER; Science and world. 2022. №2 (102) Стр 12—15

39. Yuldashaliev. D., Otazhonov S.M., Usmonov Ya., Akhmedov T.A., Karimov B.X// TECHNOLOGY FOR THE PRODUCTION AND RESEARCH OF HOLE; Science and world. 2022. №2 (102) Стр 15—20

40. Mirzazhonov M.A., Movlonov P.I., Otazhonov S.M // IMPROVING THE EFFICIENCY OF SOLAR CELLS BASED ON CU2-XS-CDS WITH DEEP IMPURITY LEVELS; Science and world. 2022. №3 (103) Стр 12—14

41. Onarkulov K.E., Rakhmankulov M.Kh., Omonov B.U RADIATION-STIMULATED OXYGEN DIFFUSION IN LEAD CHALCOGENIDE LAYERS.; Science and world. 2022. №3 (103) Стр 14—18

42. Khalilov M.M., Mamadzhanov U.// TECHNOLOGY FOR PRODUCING LEAD TELLURIDE FILMS OF VARIABLE COMPOSITION; Science and world. 2022. №3 (103) Стр 18—23

43. Yunusov N., Qakhkhorova B.// DEFORMATION CHARACTERISTICS OF PbTe-Te POLYCRYSTALLINE FILMS; Science and world. 2022. №3 (103) Стр 23—27

44. Мовлонов П. Юнусов Н. // STUDY OF THE PROCESS OF PHOTOFATIGUE AND CURRENT-VOLTAGE CHARACTERISTICS OF SOLAR CELLS BASED ON СU2-X S-CDS; Science and world. 2022. №5 (105) Стр 13—17

45. Мовлонов П. Юнусов Н. Мамажонов У. М.// РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКООМНЫХ БАЗОВЫХ СЛОЁВ А2В6 МЕТОДОМ ТЕРМОВАКУУМНОЙ КОНДЕНСАЦИИ И ХИМИЧЕСКИМ ОСАЖДЕНИЕМ; UNIVERSUM: Технический наук2022. 3 (96). URL: Выпуск:3 (96) Часть 6 5—10

46. Ergashev R., Yunusov N // STUDY OF THE SURFACE RECOMBINATION OF HETEROJUNCTIONS BASED ON p CdTe – n CdS AND p CdTe – n CdSe; Science and world. 2022. №9 (109) Стр 26—30

47. Xalilov M Axmedov T // ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНОЙ ЗАВИСИМОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПЛЕНОК PbTe; Science and world. 2022. №10 (110)

48. Шухратов Ш Рахмонкулов М // Механизациялаштитириш, автоматлаштириш ва робототехника асослари; ОЎМТМ, Мувофиқлаштириш Кенгаши 2022 йил 13 май №166 5112100 Технологик таълим; 166

49. Шухратов Ш, Ахмедов М, Хожикаримова Г // Инновацион таълимда дарс шакли, методи ва воситаларни таъминлаш; ОЎМТМ, Мувофиқлаштириш Кенгаши 2022 йил 13 май №166 5112100 Технологик таълим; 156

50. Alimov N,// Фотоэлектрические явления в широкозонных полупроводниковых гетероструктурах с глубокими примесными уровнениями; Монография ФарДу илмий Кенгаш тавсиясига биноан 2022 йил 14 октябр Издательские решения По лицензии Ridero 2022; 110

51. Ergashev R, Botirov Q, Qaxxorova B, Xudoynazarova M, Abdukarimova N, Madaminova M, Ismoilova K, // Influence of thickness and temperature on photoelectric properties of p-CdTe-nCdS and pCdTe-CdSe heterostructures.; Journal of Physics: Conference Series 2388 (2022) 012001/doi:10.1088/1742—6596/2388/1/012001

52. Kamaludin Abdulvakhido· Zhengyou Li · Bashir Abdulvakhidov · Alexander Soldatov Structure phase state and physical properties of YbMn1-xFexO3 compositions; Applied Physics A (2023) 129:185 https://doi.org/10.1007/s00339-023-06469-506469-5

53. R N Ergashev, T Axmedov, Ya Usmonov and B Karimov // Photoelectric properties of solar cells based on pCdTe-nCdS and pCdTe-nCdSe heterostructures; APITECH-IV – 2022 Journal of Physics: Conference Series 2388 (2022) 012062 IOP Publishing doi:10.1088/1742—6596/2388/1/012062;

54. N E Alimov1, J V Vaitkus, and K Botirov // Investigation of the surface recombination rate in polycrystalline films from the A6B 6 compound by the MW-PC method; APITECH-IV – 2022 Journal of Physics: Conference Series 2388 (2022) 012006 IOP Publishing doi:10.1088/1742—6596/2388/1/012006 1;

55. Эргашев Р. Н., K. Ботиров // Bлияние температуры и давления на электрофизические свойства гетероструктуры pcdte-ncds и pcdte-ncdse с глубокими примесными уровнями//SCIENCE AND WORLD International scientific journal, №8 (120), 2023

56. Эргашев Р. Н., K. Ботиров // Фотоэлектрические явления в гетероструктурах на основе pcdte – ncds и pcdte – ncdse с глубокими примесными уровнями; SCIENCE AND WORLD International scientific journal, №9 2023

UDK: 537

K.Abdulvakhidov¹, S.Otajonov², N.Yunusov²

¹Prof. Southern Federal University, Rostov-on-Don.Russia

²Prof. Fergana state university, Uzbekistan

²Teach. Fergana state university, Uzbekistan

Abstract. In this work, the electrophysical properties of nanostructured compositions of (1-х) АFe₁₂O₁₉ – xBTiO₃ (A-Ba, Pb, Cd; B-Ba, Pb) ceramics in the range of x=0.0—1.0 with a concentration step Δx=0.1 were studied by complex methods. X-ray difraction revealed that the YbMF compositions in the range of x=0.1—0.5 were hexagonal (H) phase solid solutions. In the concentration range of x=0.6—0.8, the hexagonal and orthorhombic (O) systems coexist, and the unit cell parameters of these phases rise with increasing x. The study of the lattice parameters, bond lengths, bond angles and the main parameters of the magnetic hysteresis loop of the H-phase revealed the presence of a singular point x=0.5 in the concentration range, where extrema of the corresponding parameters were observed.

Key words: electrophysical, spintronics, magnetoelectric sensors, multiferroic, Néel temperature, ferroelectric, antiferromagnet.

Introduction

Rare-earth multiferroic (1-х) АFe₁₂O₁₉ – xBTiO₃ (A-Ba, Pb, Cd; B-Ba, Pb) is interesting because it is a potential candidate for use as a functional element in information storage devices, spintronics, magnetoelectric sensors, etc. Such applications are based on the presence of magnetic and ferroelectric sublattices in YbMF and the possibility of cross-infuence on them by electric and magnetic felds, respectively. The initial (1-х) АFe₁₂O₁₉ – xBTiO₃ (A-Ba, Pb, Cd; B-Ba, Pb) component crystallizes in the hexagonal syngony (hereinafter h-YbMO), while the second YbFeO3 component crystallizes in the hexagonal (hereinafter h-YbFO) and orthorhombic (hereinafter o-YbFO) syngonies. Hexagonal h-YbMO is a multiferroic with a ferroelectric phase transition temperature Tc=993 K. The temperature of the antiferromagnetic phase transition difers in diferent works: According to, the antiferromagnetic transition in these manganites occurs at TN ≈ 70—130 K, according to other sources, TN is 81 K and 82 K, respectively. The stable orthorhombic phase o-YbMO can be obtained by heating the hexagonal h-YbMO under a pressure of 5 GPa and a temperature of 1100° C [14] or by quenching under high pressure. According to, the magnetic phase transition occurs at TN =43 K. Hexagonal h-YbFO is also multiferroic. At room temperature, its symmetry space group is P63cm, and it is characterized by two ferroelectric phase transitions. The transition temperature from the paraelectric to ferroelectric phase is Tc1=470 K, and the transition between the ferroelectric phases occurs at a temperature of Tc2=225 K. The Néel temperature is TN =120 K. The symmetry above 470 K is described by the space group P63cm. At temperatures below 1000 K, ferroelectricity in h-RMnO3 and h-RFeO3 is induced by lattice distortion with a tilt angle (θ) of the FeO5 (or MnO5) trigonal bipyramid. In the orthorhombic phase, o-YbFO is an antiferromagnet with a Néel temperature TN =627 K and is described by the symmetry space group Pbnm. According to, no ferroelectric properties were found in o- (1-х) АFe₁₂O₁₉ – xBTiO₃ (A-Ba, Pb, Cd; B-Ba, Pb). At room temperature, the structure and physical properties of rare-earth manganites (ReMnO3) and rare-earth orthoferrites (ReFeO3) change depending on the radius of Re3+ ions. ReMnO3 compositions with a greater Re3+ ionic radius than Dy (1.05 Å) have an orthorhombic distorted perovskite-type crystal structure, whereas those with a smaller Re3+ ionic radius than Dy have a hexagonal crystal structure. (1-х) АFe₁₂O₁₉ – xBTiO₃ (A-Ba, Pb, Cd; B-Ba, Pb) can crystallize in diferent space symmetry groups depending on the Fe/Mn molar ratios; therefore, the physical properties of (1-х) АFe₁₂O₁₉ – xBTiO₃ (A-Ba, Pb, Cd; B-Ba, Pb) can be purposefully changed over a wide range. It was discovered that the Néel temperature TN of hexagonal YbMnO3 manganites doped with Fe3+ ions increases from 81 to 116 K (for YbMn0.45Fe0.55O3), and YbMn0.45Fe0.55O3 crystals exhibit antiferromagnetic properties. In addition, its magnetization M (H) is more than 100 times higher than that of YbMnO3. The Mössbauer spectra of the hexagonal and orthorhombic phases of the YbMn1—xFexO3 compounds were studied in, and the magnetic susceptibility was studied during zero feld cooling (ZFC). However, YbMn1-xFexO3 compositions have not been studied by dielectric, FTIR and optical absorption spectroscopy over the entire concentration range; and there is practically no data on their magnetodielectric properties. There are no data on the morphotropic region (MR) of these compositions. In order to fll this gap, such measurements are carried out for the frst time. The aim of this work was to study the structural-phase state and physical properties of the YbMn1-xFexO3 compositions, as well as establish the «structure—property» relationship using complex physical methods [1—5].

Synthesis, sample preparation and measurement apparatus

The (1-х) АFe₁₂O₁₉ – xBTiO₃ (A-Ba, Pb, Cd; B-Ba, Pb) compositions studied in this work were obtained by the solid-phase reaction method using the oxides Yb2O3, Mn2O3 and Fe2O3 (Yb2O3≥ 99.9%, Mn2O3≥ 99.9%, Fe2O3≥ 99.9%, Sigma-Aldrich). Eleven diferent molar fractions (x=0—1 with a step of 0.1) were mixed and ground in an agate mortar for 3 h in the presence of ethanol. After that, each mixture was made into a cylinder of 6 mm in diameter and 1 mm in thickness under a pressure of 120 MPa. The compositions were then placed in a closed platinum crucible. The synthesis was performed in a high-temperature furnace with thermal stabilization at 1250° C for 4 h in an air atmosphere, after which the furnace was switched of and cooled by inertia to room temperature. To obtain a ceramic sample, each pre-synthesized sample was ground in an agate mortar for 0.5 h in the presence of ethanol, then pressed into a cylinder 6 mm in diameter and 1 mm thick under a pressure of 200 MPa. The sintering of ceramics was carried out in the furnace with thermal stabilization at 1150° C for 4 h in an air atmosphere. For electrophysical measurements, silver paste electrodes were applied to both sides of the sample and dried at 750° C for 10 min. Phase analysis of the as-synthesized samples was performed on an X-ray difractometer (D2 Phaser, Bruker, Germany) using Cu Kα radiation with a step Δ2θ=0.01º and a data acquisition time τ=1 s. The microstructure of the samples was observed and examined by a scanning electron microscope (LEO EVO 40 XVP; Carl Zeiss AG, Germany). Optical absorption spectra were studied on a Shimadzu UV-2600 two-beam spectrophotometer at room temperature. The magnetic properties were studied on a vibrating sample magnetometer (VSM, LakeShore 7404, USA) at room temperature. The dielectric properties were analyzed using a High-Performance Dielectric Analyzer (Alpha-A, Novocontrol Technologies, Germany). The magnetodielectric and magnetoresistive properties were studied under a current magnetic induction feld up to 2 T and a laboratory attachment for samples with temperature control from the boiling point of nitrogen to 900 K.

Structural characterization

Electron micrographs of the cleavages of (1-х) АFe₁₂O₁₉ – xBTiO₃ (A-Ba, Pb, Cd; B-Ba, Pb) (x=0.0—1.0) ceramics are shown in Fig. 1. As shown in Fig. 1, the ceramics are rather porous, and there are no visual diferences in the habits of crystallites of diferent compositions; they have rounded shapes. The average size distribution of crystallites is in the range of 1—2 μm. The density of the ceramics was evaluated by hydrostatic weighing, and the pore concentration was determined from the difference between the x-ray density and the density obtained by hydrostatic weighing. Were obtained at room temperature for each concentration of the (1-х) АFe₁₂O₁₉ – xBTiO₃ (A-Ba, Pb, Cd; B-Ba, Pb) ceramics. Rietveld full-profle analysis was used to process the difraction profles. As shown in Fig. 1 (a), increasing the molar concentration of Fe3+ to x=0.5 leads to a decrease in the parameter ah, and the parameter ch increases in the concentration range x=0.0—0.8. X-ray difraction patterns show that Yb (Mn, Fe) O3 solid solutions of hexagonal syngony form in the range x = 0.1—0.5, with a general trend in D and Δd/d (see Fig. 3 (b)). At the point x=0.5, the crystal lattice is deformed due to the formation of an additional phase of a diferent system. Starting from x=0.5, not only ah increases, but also the parameters of the orthorhombic phase. Apparently, the concentration of the second phase at the point x=0.5 is low, and it is not X-ray resolved under our conditions. Therefore, we called the interval x=0.6—0.8 the morphotropic region (MR), as in ferroelectrics. Although it would be more correct to start this interval with x=0.5. In the MR region, there is a coordinated change in the parameters of coexisting phases. As can be seen, in the region where solid solutions are formed, D and Δd/d decrease. This situation is possible if the ionic radii of the substituted ion and the substituent are approximately equal.

Fig. 1. Dependencies of the unit cell parameters of the hexagonal and orthorhombic phases (a), the sizes D and the microstrains Δd/d (b) of the

In our case, this condition is met. The linear parameters of unit cells in the two phases increasing with x is a characteristic of the two phases coexistence region (x=0.6—0.8). In the orthorhombic phase, the parameters bo and ao that decrease as x→1.0 and increase as x increases. In this phase, the changes in D and Δd/d have a general trend.

References

1. S.L. Samal, T. Magdaleno, K.V. Ramanujachary, S.E. Lofland, A.K. Ganguli, J. Solid State Chem. 183, 643 (2010)

2. G. Qiang, Y. Fang, X.Lu, S.Cao, J. Zhang, Appl. Phys. Lett. 108, 022906 (2016)

3. Y. Yun, A. S. Thind, Y. Yin, H.Liu, Q.Li, W. Wang, A.T. N’Diaye, C. Mellinger, X. Jiang, R. Mishra, and X. Xu, SSRN Electron. J. (2021).

4. L.J. Downie, R.J. Goff, W. Kockelmann, S.D. Forder, J.E. Parker, F.D. Morrison, P. Lightfoot, J. Solid State Chem. 190, 52 (2012)

5. Kamaludin Abdulvakhido· Zhengyou Li Bashir Abdulvakhidov · Alexander Soldatov Structure phase state and physical properties of YbMn1-xFexO3 compositions; Applied Physics A (2023) 129:185 https://doi.org/10.1007/s00339-023-06469-506469-5

УДК 621.315.593

Ш. Абдуллаев.,С.М.Отажонов.,Н.Э.Алимов., К. Ботиров., Н. Юнусов

Ферганский Государственный Университет

[email protected]

Аннотация

В работе изучено спектры тока короткого замыкания в структуре p-CdTe-SiO₂-Si в зависимости от величины внешнего воздействия. Наблюдается смешение спектров в коротковолновую область, вследствие чего в этих структурах изменяются энергии оптической активации глубокого уровня (эффекта Пула-Френкеля). Предлагается модель для распределения потенциала деформирующий пространственное и энергетическое распределения носителя.

Ключевые слова: спектры тока короткого замыкания, фоточувстительность, гетероструктура, тонкая пленка.

Введение

Интенсивное развитие микро – и нано электроники, новых технологических возможностей изготовления сложных твердотельных низкоразмерных структур, стимулируют разработки новых неразрушающих диагностических методами. Создания оригинальных оптоэлектронных устройств стимулируютдальнейшее изучение новых оптических и фотоэлектрических явлений в активных пленочных элементах. [1]

Полупроводниковые плёнки CdTe являются важным материалом для создания фотоприёмных устройств на основе их гетероструктур, работающих в ближнем (0,4 – 3 мкм) и дальнем (8 – 14 мкм) инфракрасных диапазонах [2—4]. Актуальной является также проблема получения гетероструктур на основе фоточувствительных слоев со слоями разного типа проводимости и зонной структурой в процессе выращивания высокотемпературным термическим испарением. В частности, перспективной примесью для получения материалаp-типа является серебро и медь [7].

В данной работе исследовано внутренней структуры и новых фотоэлектрических свойств активных тонких плёнок CdTe с глубокими примесными уровнями и их гетероструктур в условиях внешних воздействий.

Методика

В работе изучены низко размерные (размеры кристаллических зерен составляет 0,05—0,1мкм) тонкие пленки p-CdTe полученные на SiO₂-Si. Разработано технология получения тонких пленок и пленочных структур на основе CdTe и установлены оптимальные параметры технологии получения этих пленочных элементов [1].Полупроводниковый материал CdTe и примеси Ag, Cu наносились в вакууме 10^—5 мм. рт. ст. из отдельного алундового тигля на окислённую поверхность кремния легированной бором, прогретую 500 – 520 К, толщина плёнок была 1,0—2,0 мкм, а скорость напыления CdTe 2,0 нм/с.

Известно, что в процессе выращивания плёнки CdTe, примеси серебро и медь встраивается, в объем растушую плёнку в виде комплексов, имеющих акцепторные свойства [2].

Экспериментальные результаты и их обсуждение

Изучение спектров тока короткого замыкания (I_кз) структурыCdTe-SiO₂-Siв зависимости от величины внешнего коронного разряда в статическом режиме наблюдается смещение спектров в коротковолновую область (рис.1).

Рис.1.Спектральные зависимости I_кз для структуры CdTe-SiO₂-Si от величины потенциала коронного разряда: _jкр =80 В (кривая 1), 50 В (2),0 В (3).

Следует отметить, что при коронном разряде наблюдается явное изменение энергии активации глубокого уровня (0,7 эВ, 1,15 эВ) в зависимости от потенциала коронного разряда. Это показывает, что уровень находиться в области объемного заряда, у слоя SiO₂