Гетеропереходи pSi/n-CdₓS₁₋ₓ, створені за допомогою технології BANDGAP: вплив складу на оптоелектронні властивості
Анотація
У цьому дослідженні представлено всебічне вивчення електрофізичних властивостей гетеропереходу pSi/n-CdₓS₁₋ₓ, у якому кадмієва складова x змінюється в межах від 0 до 1. Аналіз базується на поєднанні теоретичного моделювання, чисельного моделювання та експериментальної перевірки, виконаних для типових рівнів легування: p = 2×10¹⁷ см⁻³ для пористого p-кремнію та n = 1×10¹⁸ см⁻³ для n-CdₓS₁₋ₓ. Особливу увагу приділено температурозалежній поведінці ключових матеріальних параметрів, зокрема ширини забороненої зони E₉(T), концентрації власних носіїв nᵢ(T) та температури Дебая Θ(x). Встановлено, що зі збільшенням частки кадмію спостерігається звуження забороненої зони CdₓS₁₋ₓ, тоді як пористий кремній зберігає відносно широку та термічно стабільну E₉(T), що забезпечує значне зонне вирівнювання (ΔE₉) і сприяє ефективному розділенню носіїв заряду на межі поділу. Зменшення Θ(x) зі зростанням вмісту кадмію впливає на інтенсивність фононного розсіювання та рекомбінаційні процеси, змінюючи механізм перенесення струму. Аналіз струмопереносу показує, що поведінка гетеропереходу значною мірою визначається температурно- та композиційно-залежним вирівнюванням зон і динамікою рекомбінації. Отримані результати підтверджують адекватність запропонованої фізичної моделі та демонструють перспективність структур pSi/n-CdₓS₁₋ₓ для використання у високотемпературних та акустично керованих оптоелектронних пристроях.
Завантаження
Посилання
W. Duncan, and A.R. Smellie, “Si–CdS heterojunction memory diodes,” J. Appl. Phys. 49(8), 4098–4104 (1978). https://doi.org/10.1063/1.325371
N.D. Akhavan, I. Ferain, P. Razavi, R. Yu, and J.-P. Colinge, “Junctionless multigate transistors : fabrication and performance,” Appl. Phys. Lett. 98(10), 103510 (2011). https://doi.org/10.1063/1.3559625
A.V. Babichev, H. Zhang, P. Lavenus, F.H. Julien, A.Y. Egorov, Y.T. Lin, and M. Tchernycheva, “Nanowire heterojunction optoelectronics,” Appl. Phys. Lett. 103(20), 201103 (2013). https://doi.org/10.1063/1.4829756
B. Pal, K.J. Sarkar, and P. Banerji, “Optical and electronic properties of nanostructured solar cells,” Sol. Energy Mater. Sol. Cells 204, 110217 (2020). https://doi.org/10.1016/j.solmat.2019.110217
I. Aberg, G. Vescovi, D. Asoli, U. Naseem, J.P. Gilboy, C. Sundvall, and L. Samuelson, “III–V nanowire photovoltaics on silicon,” IEEE J. Photovoltaics, 6(1), 185–190 (2016). https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2015.2484967
P. Dubey, B. Kaushik, and E. Simoen, “Analytical modeling of advanced nano-CMOS devices,” IET Circuits Devices Syst. (2019). https://doi.org/10.1049/iet-cds.2018.5169.
A.M. de Souza, D.R. Celino, R. Ragi, and M.A. Romero, “Emerging devices modeling,” Microelectron. J. 119, 105324 (2021). https://doi.org/10.1016/j.mejo.2021.105324
D.B. Istamov, O.A. Abdulkhayev, and Sh.M. Kuliyev, “Limiting characteristics of silicon diode temperature sensors for determining the maximum temperature with specified measurement accuracy,” UNEC J. Eng. Appl. Sci. 5(1), 63-69 (2025). https://doi.org/10.61640/ujeas.2025.0507
D.B. Istamov, O.A. Abdulkhayev, Sh.M. Kuliyev, N. Abdullayev, A.Sh. Ashirov, and D.M. Yodgorova, “Temperature response curve of silicon diode temperature sensors,” East Eur. J. Phys. (2), 287-291 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-2-35
R. Seoudi, A.A. Shabaka, M. Kamal, E.M. Abdelrazek, and W. Eisa, “Size-dependent CdS nanoparticle characteristics,” Physica E, 45, 47–55 (2012). https://doi.org/10.1016/j.physe.2012.07.006
J.Sh. Abdullayev, and I.B. Sapaev, “Optimization of temperature effects in radial p–n junctions,” East Eur. J. Phys. (3), 344–349 (2024). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-3-39
J.Sh. Abdullayev, and I.B. Sapaev, “Temperature and doping optimization in p–n and p–i–n devices,” Eurasian Phys. Tech. J. 21(3), 21–28 (2024). https://doi.org/10.31489/2024No3/21-28
J.Sh. Abdullayev, “Effect of linear doping on p–n junction properties,” East Eur. J. Phys. (1), 245–249 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-1-26
R.D. Trevisoli, R.T. Doria, M. de Souza, S. Das, I. Ferain, and M.A. Pavanello, “Repetition,” IEEE Trans. Electron Devices, 59(12), 3510 (2012). https://doi.org/10.1109/TED.2012.2219055
J.Sh. Abdullayev, and I.B. Sapaev, “Ideality factor variation at cryogenic temperatures,” East Eur. J. Phys. (4), 329–333 (2024). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-4-37
A.V. Babichev, H. Zhang, P. Lavenus, F.H. Julien, A.Y. Egorov, Y.T. Lin, and M. Tchernycheva, “GaN nanowire ultraviolet photodetector with a graphene transparent contact,” Appl. Phys. Lett. 103(20), 201103 (2013). https://doi.org/10.1063/1.4829756
J.Sh. Abdullayev, I.B. Sapaev, and Kh.N. Juraev, “Incomplete ionization analysis in radial p–n junctions,” Low Temp. Phys. 51, 60–64 (2025). https://doi.org/10.1063/10.0034646
J.Sh. Abdullayev, and I.B. Sapaev, “GaAs/Si heterojunction analysis,” East Eur. J. Phys. (1), 204–210 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-1-21
R. Bebitov, O. Abdulkhaev, D. Yodgorova, D. Istamov, G. Khamdamov, Sh. Kuliyev, J.Sh. Abdullaev, et al., “Potential distribution over temperature sensors of p-n junction diodes with arbitrary doping of the base region,” E3S Web Conf. 401, 03062 (2023). https://doi.org/10.1051/e3sconf/202340103062
R.R. Bebitov, O.A. Abdulkhaev, D.M. Yodgorova, D.B. Istamov, G.M. Hamdamov, Sh.M. Kuliyev, A.A. Khakimov, and A.Z. Rakhmatov, “Dependence of the accuracy of the silicon diode temperature sensors for cryogenic thermometry on the spread of their parameters,” Journal "Low Temperature Physics, 49(2), 277–282 (2023). https://doi:10.1063/10.0016843
R.R. Bebitov, O.A. Abdulkhaev, D.M. Yodgorova, D.B. Istamov, Sh.M. Kuliyev, A.A. Khakimov, A.B. Bobonazarov, et al, “Distribution of impurities in base-depleted region of diode temperature sensor,” Low Temperature Physics, 50(5), 418–424 (2024). https://doi:https://doi.org/10.1063/10.0025635
J.Sh. Abdullayev, and I.B. Sapaev, “Modeling Si and GaAs junctions,” Phys. Sci. Technol. 11(3–4), 39–48 (2024). https://doi.org/10.26577/phst2024v11i2b05
O. Toqtarbayuly, M. Baysariev, A. Qaysha, et al., “Enhancing dye-sensitized solar cell efficiency using gas-phase CVD GaN,” Eurasian Phys. Tech. J. 21(4), 131–139 (2024). https://doi.org/10.31489/2024No4/131-139
I. Sapaev, I.B. Sapaev, et al., “Conference paper on p–n junction features,” E3S Web Conf. 383, 04022 (2023). https://doi.org/10.1051/e3sconf/202338304022
J.Sh. Abdullayev, I. Sapaev, N. Esanmuradova, S. Kadirov, and S. Kuliyev, “Temperature and concentration in radial p–n junctions,” East Eur. J. Phys. (2), 220–225 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-2-24
J.Sh. Abdullayev, I.B. Sapaev, and S.R. Kadirov, “Recombination's effect on radial p–n junction efficiency,” East Eur. J. Phys. (2), 252–257 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-2-30
N.V. Deshmukh, T.M. Bhave, A.S. Ethiraj, et al., “PL and I–V characteristics of CdS-nanoparticles/porous-Si,” Nanotechnology 12(3), 290–294 (2001). https://doi.org/10.1088/0957-4484/12/3/316
R. Zellagui, H. Dehdouh, M. Adnane, M.S. Akhtar, and M.A. Saeed, “CBD deposition of CdₓZn₁₋ₓS thin films,” Optik, 164, 164377 (2020). https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2020.164377
N.A. Shah, A. Ali, S. Hussain, A. Maqsood, “CdCl₂-treated CdTe films via sublimation,” J. Coatings Technol. Res. 7(1), 105–110 (2008). https://doi.org/10.1007/s11998-008-9146-0
J.Sh. Abdullayev, L. Abdullayeva, L. Agamalieva, and R. Ismailova, “Correlating Ni microstructure with Schottky barrier homogeneity in monolayer MoS₂ field-effect transistors,” Advanced Physical Research, 7(3), 350–357 (2025). https://doi.org/10.62476/apr.73350
O.O. Akinwunmi, G.O. Egharevba, and E.O.B. Ajayi, “CdS, ZnS, CdZnS nanoparticles embedded in polystyrene,” J. Modern Phys. 5(5), 416–423 (2014). https://doi.org/10.4236/jmp.2014.55036
C.-F. Wang, B. Hu, H.-H. Yi, and W.-B. Li, “Optoelectronic characterization of ZnS/silicon systems,” Chin. Opt. Lett. 7(6), 481 484 (2009). https://doi.org/10.3788/COL20090705.0432
J.Sh. Abdullayev, I.B. Sapaev, J.Sh. Abdullayev, D.A. Juraev, M.J. Jalalov, and E.E. Elsayed, “Mathematical Modeling of Incomplete Ionization in Radial p-Si/n-GaAs Heterojunctions: Temperature and Doping Effects,” Journal of Electronic Materials, 54, 1–9 (2025). https://doi.org/10.1007/s11664-025-12391-8
A. Laouid, A.A. Belghiti, K. Wisniewski, et al., “Mn/Ca-doped ZnS thin films: morphology and PL,” Mater. Chem. Phys. 290, 127870 (2024). https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2024.129270
J. Xiang, H. Wang, X. Wang, X. Chen, T. Wu, H. Wan, Y. Liu, and H. Wang, “CdₓZn₁₋ₓS nanocrystals for visible-light photocatalysis,” RSC Adv. 9(7), 4001–4007 (2019). https://doi.org/10.1039/C8RA09408J
M. Wang, A. Debernardi, Y. Berencén, R. Heller, C. Xu, Y. Yuan, et al., “Breaking doping limit in silicon via deep impurities,” Phys. Rev. Appl. 11(5), 054039 (2019). https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.11.054039
Авторське право (c) 2025 Іброхім Б. Сапаєв, Джамоліддін І. Раззоков, Джошкін Ш. Абдуллаєв, Дільдора А. Каландарова, Мадінабону Ш. Ібрагімова
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
