Латеральний фотоефект у структурах метал–оксид–напівпровідник на основі монокристалічного кремнію
Анотація
У цій роботі представлено технологію виготовлення та експериментальні результати дослідження латерального фотоефекту (LPE) у структурах метал–оксид–напівпровідник (MOS) Co/SiO₂/n-Si⟨P, Zn⟩. Структури були сформовані на основі вихідних зразків кремнію n-типу провідності (ρ = 1,05 Ом·см), термічно відпалених зразків (ρ = 1,07 Ом·см), а також сильно компенсованих цинком зразків кремнію n-типу з питомим електричним опором 5,04 Ом·см, 156,86 Ом·см і 1800 Ом·см відповідно. Згідно з отриманими експериментальними результатами, залежність величини латеральної фото-ЕРС (LPV) від відстані між контактами у виготовлених MOS-структурах має лінійний характер. Встановлено, що максимальне значення латеральної фото-ЕРС суттєво зростає зі збільшенням питомого електричного опору у сильно компенсованих цинком зразках кремнію n-типу. Зокрема, для зразка з ρ = 1800 Ом·см максимальне значення LPV досягало ±16,83 мВ на відстані ±2,3 мм. Отриманий результат свідчить про високу чутливість латерального фотоефекту в структурах на основі сильно компенсованого кремнію. Експериментальні дані добре узгоджуються з енергетичними зонними діаграмами, які враховують вплив глибоких енергетичних рівнів, пов’язаних з атомами цинку на межі поділу SiO₂/Si, а також концентрацію носіїв заряду.
Завантаження
Посилання
Wallmark, J. "A New Semiconductor Photocell Using Lateral Photoeffect," Proc. IRE, 45, 474–483 (1957). https://doi.org/10.1109/JRPROC.1957.278435
Xiao, S.Q.; Wang, H.; Zhao, Z.C.; Gu, Y.Z.; Xia, Y.X.; Wang, Z.H. "The Co-Film-Thickness Dependent Lateral Photoeffect in Co-SiO_2-Si Metal-Oxide-Semiconductor Structures," Opt. Express, 16, 3798 (2008). https://doi.org/10.1364/OE.16.003798
Xiao, S.Q.; Wang, H.; Yu, C.Q.; Xia, Y.X.; Lu, J.J.; Jin, Q.Y.; Wang, Z.H. "A Novel Position-Sensitive Detector Based on Metal–Oxide–Semiconductor Structures of Co–SiO2 –Si," New J. Phys. 10, 033018 (2008). https://doi.org/10.1088/1367-2630/10/3/033018
T.A. Pisarenko, V.V. Balashev, V.A. Vikulov, A.A. Dimitriev, and V.V. Korobtsov, "Comparative Study of the Lateral Photovoltaic Effect in Fe3O4/SiO2/n-Si and Fe3O4/SiO2/p-Si Structures," Phys. Solid State, 60, 1316–1322 (2018). https://doi.org/10.1134/S1063783418070223
Arzikulov, E.U.; Nurimov, A.D.; Salakhitdinov, F.A.; Ashirov, U.A.; Sharafova, T.S.; Khujanov, A.Sh.; Usanov, R.M. Lateral Photoelectric Effect In Iron-Silicon Dioxide-Compensated Silicon Hybrid Structures. East Eur. J. Phys. 2023, 159–166, https://doi.org/10.26565/2312-4334-2023-4-17
Fuller, C.S.; Morin, F.J. Diffusion and Electrical Behavior of Zinc in Silicon. Phys. Rev. 1957, 105, 379–384, https://doi.org/10.1103/PhysRev.105.379
R.O. Carlson, "Double-Acceptor Behavior of Zinc in Silicon," Phys. Rev. 108, 1390–1393 (1957). https://doi.org/10.1103/PhysRev.108.1390
S.M. Sze, and K.K. Ng, Physics of Semiconductor Devices, 3rd ed. (Wiley-Interscience, Hoboken, N.J, 2007).
E.V. Kuchis, Galvanomagnetic Effects and Methods of Their Investigation, (Radio i Svyaz Publishers, Moscow, 1990).
H. Angermann, "Conditioning of Si-Interfaces by Wet-Chemical Oxidation: Electronic Interface Properties Study by Surface Photovoltage Measurements," Appl. Surf. Sci. 312, 3–16 (2014). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.05.087
A.R. Deniz, Z. Çaldıran, Ö. Metin, K. Meral, and Ş. Aydoğan, "The Investigation of the Electrical Properties of Fe3O4/n-Si Heterojunctions in a Wide Temperature Range," J. Colloid Interface Sci. 473, 172–181 (2016). https://doi.org/10.1016/j.jcis.2016.04.006
S.K. Cheung, and N.W. Cheung, "Extraction of Schottky Diode Parameters from Forward Current-Voltage Characteristics," Appl. Phys. Lett. 49, 85–87 (1986). https://doi.org/10.1063/1.97359
E. Fortunato, G. Lavareda, R. Martins, F. Soares, and L. Fernandes, "Large-Area 1D Thin-Film Position-Sensitive Detector with High Detection Resolution," Sens. Actuators Phys. 51, 135–142 (1995). https://doi.org/10.1016/0924-4247(95)01214-1
R. Cong, S. Qiao, J. Liu, J. Mi, W. Yu, B. Liang, G. Fu, et al., "Ultrafast, and Self‐Powered Visible‐Near‐Infrared Optical Position‐Sensitive Detector Based on a CVD‐Prepared Vertically Standing Few‐Layer MoS2 /Si Heterojunction," Adv. Sci. 5, 1700502 (2018). https://doi.org/10.1002/advs.201700502
X. Dong, D. Zheng, J. Lu, Y. Niu, and H. Wang, "Selectively Enhanced Violet and Infrared Position Sensitive Photodetectors Based on RTA Treated ZnO/Si," Appl. Surf. Sci. 566, 150687 (2021). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.150687
X. Wang, B. Song, M. Huo, Y. Song, Z. Lv, Y. Zhang, Y. Wang, et al., "Fast and Sensitive Lateral Photovoltaic Effects in Fe3O4/Si Schottky Junction," RSC Adv. 5, 65048–65051 (2015). https://doi.org/10.1039/C5RA11872G
J.R. Sun, C.M. Xiong, B.G. Shen, P.Y. Wang, and Y.X. Weng, "Manganite-Based Heterojunction and Its Photovoltaic Effects," Appl. Phys. Lett. 84, 2611–2613 (2004). https://doi.org/10.1063/1.1702128
M.K. Bakhadyrkhanov, N.F. Zikrillaev, and E.U. Arzikulov, "Influence of diffusant vapor pressure on the concentration of electroactive atoms and the degree of compensation in Si⟨Zn⟩ samples," Pis’ma v ZhTF, 17(12). 1–4 (1991). (in Russian)
M.K. Baxadirxanov, N.F. Zikrillayev, and E.U. Arzikulov, "Vliyaniye uprugosti parov diffuzanta na konsentrasiyu elektroaktivnыx atomov i stepen kompensasii obrazsov Si⟨Zn⟩," Pisma v JTF, 17(12), 1–4 (1991). (in Russian)
Q.S. Ayupov, M.K. Baxadirxanov, N.F. Zikrillaev, and X.M. Iliev, Physical phenomena in silicon in an extremely non-equilibrium state, (Lambert Academic Publishing, 2019).
Y. Shiratsuchi, T. Murakami, Y. Endo, and M. Yamamoto, “Evolution of Magnetic State of Ultrathin Co Films with Volmer–Weber Growth,” Jpn. J. Appl. Phys. 44(12R), 8456 (2005). https://doi.org/10.1143/JJAP.44.8456
H.K. Asuha, O. Maida, M. Takahashi, and H. Iwasa, “Nitric acid oxidation of Si to form ultrathin silicon dioxide layers with a low leakage current density,” J. Appl. Phys. 94(11), 7328–7335 (2003). https://doi.org/10.1063/1.1621720
Авторське право (c) 2026 Е.У. Арзікулов, Р.М. Усанов, Ш.Дж. Кувондіков, Тенг Луй, Д.Т. Бобонов, С.А. Саттаров
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).
