Електронні переходи та механізми рекомбінації монокристалів CdIn₂S₄, легованих міддю
Анотація
У дослідженні вивчаються спектральний розподіл фотопровідності, оптичне гасіння, перехідні характеристики, термостимульовані струми та температурна залежність як темнового, так і фотоструму в монокристалах CdIn2S4, легованих міддю. Детальний аналіз експериментальних даних показує наявність глибоких донорних рівнів з енергіями іонізації, розташованими при Ес - 0,17 еВ, Ес - 0,66 еВ, Ес - 1,2 еВ та Ес - 1,55 еВ. При 110 K оптичне гасіння фотопровідності спостерігалося в діапазоні енергій фотонів від 0,86 до 1,63 еВ. Було визначено енергетичні положення центрів фоточутливості відносно максимуму валентної зони, що дало енергію оптичної іонізації Eovr = 0,86 еВ та енергію теплової іонізації для рівнів r-типу Etvr = 0,62 еВ. Співвідношення перерізів захоплення для дірок та електронів у цих r-центрах було визначено як Spr/Snr = 5×10⁴. Як оптичне, так і теплове гасіння пояснюються переходами зарядових станів та динамікою обміну носіями між повільними (r) і швидкими (s) рекомбінаційними центрами. Чітко визначена електронна структура та висока фоточутливість монокристалів CdIn2S4, легованих міддю, свідчать про те, що вони є перспективними кандидатами для передових застосувань у фотодетекторах у видимому та ближньому інфрачервоному спектральних діапазонах.
Завантаження
Посилання
A. Liang, L.T. Shi, G. Perra, O. Gomis, D. Errandonea, L.M. Tiginyanu, V.V. Ursaki, and F. J. Manjon, “Pressure – induced band anticrossing in two adamantine ordered-vacancy compounds: CdGa2S4 and HgGa2S4,” J. Alloys Compd., 886, 161226 (2021). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161226
T. G. Kerimova, I. A. Mamedova, L. I. Kengerlinskiy, N. A. Abdullayev, Z. Kadiroglu, and N. T. Mamedov, “Temperature dependence of Raman spectrum of CdGa2Se4,” International Conference on Modern Trends in Physics, 5(1), 125 (2019).
A. Nayak, S. Jena, and P. Parida, “An ab-initio investigation of Cd-based chalcopyrite-type semiconductors; Promising candidates for sustainable energy goals,” J. Phys. Chem. Solids, 212,113537 (2026). https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2026.113537
T.G. Kerimova, Z.G. Mamedov, and A.G. Sultanova, “Stimulated impurity photoconductivity in CdGa2S4,” Fizika (Baku), 6 (3), 56-58 (2000).
Z. Kadiroglu, “Promising Materials for Optoelectronics CdIn2S4: Experimental Studies of Electronics Properties,” in: Proceedings 7th Advanced Chemistry World Congress, (Roma, Italy, 2026), pp. 85.
Z. A. Jahangirli, T. G. Kerimova, I. A. Mamedova, N. A. Abdullaev, and N. T. Mamedov, “Ab initio Calculations of Phonon Dispersion in CdGa2S4,” Phys. Solid State, 60(11), 2305–2309 (2018). https://doi.org/10.1134/S1063783418110069
Z. A. Jahangirli, T. G. Kerimova, I. A. Mamedova, S. A. Nabieva, and N. A. Abdullaev, “Ab Initio and Experimental Study of Electronic, Optical, and Vibrational Properties of CdGa2Te4”, Phys. Solid State, 62(8), 1426–1433 (2020). https://doi.org/10.1134/S1063783420080120
T. G. Kerimova, N. A. Abdullaev, I. A. Mamedova, Z. I. Badalova, R. A. Guliev, R. Raucar, K. Wakita, and N. T. Mamedov, “Optical Phonons in CdGa2S4xSe 4(1-x) alloys,” Semiconductors, 47(6), 761–766 (2013).
I. G. Nasibov, I. A. Mamedova, Z. Kadiroglu, and T. G. Kerimova, “Photouminescence of ZnGa2S4 doped with atoms Nd,” Transactions of National Academy of Science of Azerbaijan, Series of physics-mathematical and technical sciences, Physics and Astronomy, XXXVI (2), 30-34 (2016) (in Russian).
V.Yu. Rud, Yu.V. Rud, A.A. Vaipolin, I.V. Bodnar, and N Fernelius, “Photosensitive structure on CdGa2S4 single crystals,” Semiconductors, 37, 1283-1290 (2003). https://doi.org/10.1134/1.1626209
D.T. Gusejnov, Yu. G. Asadov, Z.G. Mamedov, and N.E. Gasanov, “Impurity photoconductivity in CdGa2S4,” Izv. Akad. Nauk SSSR, Neorg. Mater. 23(10), 1736-1737 (1987).
I. A. Mamedova, Z. A. Jahangirli, and N.A. Abdullayev, “Electronic properties of CdGa2S4: Ab-initio calculations and experimental studies by spectral ellipsometry,” Phys. Solid State, 66, 365-374 (2024). https://doi.org/10.1134/S1063783424601310
Z. A. Dzhakhangirli, T. G. Kerimova, N. A. Abdullayev, I. A. Mamedova, and N. T. Mamedov, “Ab Initio Calculations of Phonon Dispersion in CdGa2Se4,” Semiconductors, 51(5), 556-558 (2017). https://doi.org/10.1134/S1063782617050074
H. Koelmans, H.G. Grimmeiss,” The photoconductivity of activated with Cu and Au”, Physica, 25(7), 1287-1288 (1959). https://doi.org/10.1016/0031-8914(59)90050-3
H. Nakanishi, “Fundamental Absorption Edge in CdIn2S4” Jpn. J. Appl. Phys. 19 (1), 103-108 (1980). https://doi.org/10.1143/JJAP.19.103
Z. Kadiroglu, “The role of cation deficiency and impurities in the formation of photosensitivity centers in CdIn2S4 compound,” Phys. Solid State, 67,684-687 (2025). https://doi.org/10.1134/S1063783425601079
К. Zhang, F. Chen, Sh. Han, Na Li, W. Sun, and Y. Tang, “Construction of a novel hierarchical 2D/3 D heterojunction Bi4Ti3O12/CdIn2S4 with significantly boosted photocatalytic activity for degradation of tetracycline under visible light,” Inorg. Chem. Commun. 173(3), 113820 (2025). https://doi.org/10.1016/j.inoche.2024.113820
D.T. Guseinov, T. G. Kerimova, and Z. L. Kadyrogly, “Effects arising from a repulsive barrier in the compound CdIn2S4,” Semiconductors, 30(6), 517-519 (1996).
Z. Kadiroglu, T.G. Kerimova, R.A. Guliev, and M.A. Aliev, “Electrical and photoelectrical properties of CdIn2S4 doped Fe,” Transactions of the National Academy of Science of Azerbaijan, Series of physics-mathematical and technical sciences, Physics and Astronomy, XXXII (2), 36-40 (2012) (in Russian).
D. T. Guseinov, and Z. G. Mamedov, “On the Phase Transitions in CdIn2S4,” Inorganic Materials, 30 (12), 1597 (1994).
G. Yadav, and Md. Ahmaruzzaman, “CdIn2S4-based advanced composite materials: Structure, properties, and applications in environment and energy -A concise review,” Inorganic and Nano-Metal Chemistry, 55(2),122-136 (2025). https://doi.org/10.1080/24701556.2023.2240775
Sh. Sambyal, A. Sudhaik, S. Sonu, P. Raizada, V. Chaudhary, V.-H. Nguyen, A. A. Parwaz Khan, et al., “Recent updates on cadmium indium sulfide (CdIn2S4 - CIS) photo-catalyst: Synthesis, enhancement strategies and applications,” Coord. Chem. Rev. 535, 216653 (2025). https://doi.org/10.1016/j.ccr.2025.216653
M.A. Hamza, G. Metha, and C.J. Shearer, “Recent advances and future directions of CdIn2S4-based photocatalysts: properties, synthesis, and modifications for energy and environmental applications,” J. Mater. Chem. A, 13, 212292 (2025). https://doi.org/10.1039/D5TA02047F
М. А. Hamza, A. J. Keltie, R. K. Matthews, M. L. Day, and C. J. Shearer, “CdIn2S4 Micro-Pyramids for Reductive Photocatalytic Degradation of Perfluorooctanesulfonic Acid,” Small, 21, e04601 (2025). https://doi.org/10.1002/smll.202504601
Z. Kadiroglu, “Optical quenching of photoconductivity in CdIn2S4 single crystals,” Transactions of the National Academy of Science of Azerbaijan, Series of Physics-Mathematical and Technical Sciences, Physics and Astronomy, XLI (5), 121-127 (2021). (in Russian).
A. Rose, Concepts in Photoconductivity and Allied Problems, (Interscience Publishers, New York, 1963), p. 168.
Photoconductivity and Photoconductive Materials: Fundamentals, Techniques and Applications, edited by S.O. Kasab, (John Wiley & Sons, Ltd, 2022). https//doi.org/10.1002/9781119579182
R. H. Bube, Photoconductivity, (Wiley & Sons, Inc. 1999). https://doi.org/10.1002/047134608X.W6026
Z. Kadiroglu, “Photoelectronic properties in CdGa2S4 single crystals,” East Eur. J. Phys. (1), 281 (2026). http://doi.org/10.26565/2312-2026-1-32
D.T. Guseinov, Z. G. Mamedov, N. E. Qasanov, and Yu.G. Asadov, “On the Two Types of Slow Recombination Centers in CdIn2S4,” FTP, 21(4), 738-741 (1987). (in Russian)
A. G. Milnes, Deep Impurities in Semiconductors, (Garnegie-Mellon University, John Wiley & Sons, New York, 1973).
L. I. Grossweiner, “A note on the Analysis of First-Order Glow Curves,” J. Appl. Phys. 24, 1306-1307 (1953). https://doi.org/10.1063/1.1721152
Авторське право (c) 2026 Зафар Кадіроглу, Г.Д. Абдінова
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).
