Спосіб виготовлення фоточутливих гетероструктур на основі нарисованих графітових плівок

Реферат: UA 94627 U UA 94627 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів виготовлення приладів електроніки і оптоелектроніки. Відомий спосіб нанесення плівок графіту для формування діода Шотткі (R. Yatskiv, J. Grym, Temperature-dependent properties of semimetal graphite-ZnO Schottky diodes, Applied Physics Letters, 2012, 101, 162106), що полягає у осадженні плівки суспензії колоїдного графіту на поверхню напівпровідника з подальшим висиханням при кімнатній температурі. Найближчим аналогом до корисної моделі є спосіб виготовлення фоточутливих гетеропереходів типу діода Шотткі шляхом рисування плівки графіту безпосередньо на підготовленій шороховатій поверхні напівпровідникової підкладки за допомогою графітового стержня - (V.V. Brus, P.D. Maryanchuk, Photosensitive Schottky-type heteroj unctions prepared by the drawing of graphite films, Applied Physics Letters, 2014, 104, 173501). Основним недоліком такого способу виготовлення фоточутливих гетеропереходів на основі нарисованої плівки графіту є необхідність у шорсткій шліфованій поверхні напівпровідникової підкладки, оскільки графітову плівку не можна нарисувати на гладкій сколотій або полірованій поверхні. Створення шорсткої поверхні шляхом механічного шліфування або хімічного травлення призводить до утворення великої кількості поверхневих дефектів. Обірвані енергетичні зв'язки на пошкодженій поверхні утворюють мілкі і глибокі енергетичні рівні у забороненій зоні напівпровідника, які виконують роль ефективних пасток та центрів рекомбінації, відповідно. Наявність великої густини поверхневих станів негативно впливає на електричні і фотоелектричні властивості діодів Шотткі і гетеропереходів. Більше того метод прямого рисування графітової плівки неприйнятний у випадку наноструктурованих поверхонь напівпровідникових підкладок оскільки нанорозмірні елементи, наприклад нанодроти, можуть бути пошкоджені графітовим стержнем. В основу корисної моделі поставлена задача розробити просту та дешеву технологію виготовлення якісних планарних або наноструктурованих приладів електроніки і оптоелектроніки на основі нарисованих графітових плівок, яка виключає будь-яке пошкодження поверхні напівпровідникової підкладки. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб виготовлення фоточутливих гетероструктур на основі нарисованих графітових плівок, що передбачає їх нанесення на поверхню напівпровідника, згідно з корисною моделлю, графітову плівку спочатку рисують на розчинній підкладці, а потім переносять на гладку або наноструктуровану поверхню напівпровідникової підкладки і формують якісний оптичний контакт. У способі виготовлення фоточутливих гетеропереходів типу діодів Шотткі шляхом рисуванням графітової плівки на шорсткій поверхні напівпровідникової підкладки замість безпосереднього рисування графітової плівки на шорсткій поверхні напівпровідникової підкладки використовується простий спосіб перенесення нарисованої графітової плівки на гладку або наноструктуровану поверхню напівпровідникової підкладки. В запропонованому способі одна з поверхонь свіжо сколотої монокристалічної соляної (NaCl) підкладки механічно шліфується до шорсткості Ra0,2 мкм, Rz0,23 мкм і Rmax=1,1 мкм (Фіг. 1а). Однорідна графітова плівка рисується на підготовленій поверхні соляної підкладки за допомогою чистого графітового стержня 1 мм у діаметрі при постійній притискуючій силі 1 Н (Фіг. 1b). Після цього зразок обережно розміщується на поверхні бідистильованої води (плівка графіту зверху). Соляна підкладка повністю розчиняється за декілька хвилин і отримується нарисована плівка графіту, яка вільно плаває на поверхні води (Фіг. 1с). Варто відмітити, що таким чином ми вперше отримуємо нарисовану графітову плівку, яка не прив'язана до підкладки, на якій вона була нарисована. Зв'язок між наночастками графіту, які формують нарисовану графітову плівку є достатнім щоб компенсувати силу поверхневого натягу води. Тому немає необхідності у використанні додаткового захисного покриття на плівці для підвищення її механічної міцності. Плаваючу нарисовану плівку графіту можна легко перенести на довільну підкладку з гладкою або наноструктурованою поверхнею. У нашому випадку перенесення здійснюється на скляну пластинку (Фіг. 1d) і свіжосколоту підкладку телуриду кадмію з електронною провідністю для дослідження електричних і оптичних властивостей перенесеної нарисованої плівки графіту і виготовлення фоточутливого гетеропереходу графіт/n-CdTe, відповідно. Після перенесення плівка висушується у потоці гарячого повітря 80 °C для видалення залишків води і формування якісного оптичного контакту з гладкою поверхнею підкладки. Перенесені нарисовані плівки графіту мають питомий опір 350 Ом/квадрат при кімнатній температурі і оптичне пропускання 26,6 % при довжині хвилі 550 нм. Перенесені нарисовані плівки графіту за допомогою простого запропонованого способу є суцільними і однорідними. Електричні та оптичні властивості плівок можна контролювати за допомогою як зміни шорсткості соляної підкладки, так і підбором графітових стержнів з різною твердістю. 1 UA 94627 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель пояснюється кресленням. На Фіг. 2 схематично показано фоточутливий гетероперехід типу діода Шотткі, виготовлений шляхом перенесення нарисованої графітової плівки на гладку поверхню напівпровідникової підкладки. Конструкція містить монокристалічну підкладку телуриду кадмію п-типу провідності 1 на яку перенесена тонка прозора нарисована плівка графіту 2. На плівці графіту 2 розташований фронтальний електричний контакт 3. На тиловій стороні підкладки 1 нанесений шар міді 4 та припаяний індієвий тиловий контакт 5. 17 -3 Монокристалічний n-CdTe з концентрацією електронів n=510 см вирощується методом Бріджмена. Підкладка телуриду кадмію 1 з дзеркальною поверхнею формувалися шляхом сколювання монокристалічних злитків. Нарисована графітова плівка 2 переноситься на сколоту поверхню монокристалічної підкладки n-CdTe 1 за допомогою запропонованого способу. Фронтальний електричний контакт 3 до графітової плівки 2 формується за допомогою нанесення срібної пасти при кімнатних умовах. Для створення тилового омічного контакту осаджується шар міді 4 шляхом відновлення з розчину мідного купоросу і припаюється індієвий контакт 5. Для дослідження відтворюваності запропонованого способу виготовлення фоточутливих гетеропереходів графіт/n-CdTe було виготовлено 5 гетеропереходів. Відхилення електричних і фотоелектричних параметрів складало не більше 4 %. Опис принципу роботи фоточутливого гетеропереходу типу діода Шотткі на основі перенесеної нарисованої плівки графіту. Фоточутливий гетероперехід типу діода Шотткі графіт/n-CdTe, виготовлений за допомогою перенесення нарисованої графітової плівки на свіжосколоту поверхню монокристалічної підкладки телуриду кадмію, може ефективно працювати як у режимі фотодіода так і у фотоелектричному режимі (Фіг. 3). Відношення фотоструму до темнового зворотного струму швидко виходить на насичення Iph/Irev250 при зростанні зворотного зміщення. Гетероперехід -2 генерує густину струму короткого замикання Jsc=0,9 мА см , напругу холостого ходу Voc=0,66 В і -2 коефіцієнт заповнення ВАХ FF=0,4 при освітленні білим світлом 80 мВт см . Гетероперехід графіт/n-CdTe, виготовлений запропонованим способом володіє значно вищими -2 фотоелектричними параметрами порівняно з їх значенням (Jsc=0,12 мА см , Voc=0,47 В і FF=0,32) для гетеропереходу графіт/n-CdTe, виготовленого прямим рисуванням графітової плівки на шорсткій поверхні підкладки n-CdTe. Запропонований спосіб перенесення нарисованих графітових плівок виключає будь-яке пошкодження поверхні напівпровідникової підкладки, а отже і створення поверхневих станів, які виконують роль пасток та рекомбінаційних центрів. Тому досягнуте покращення електричних і фотоелектричних параметрів спостерігається завдяки якісній гетерограниці з малою густиною поверхневих станів, які не впливають на механізм струмопереносу та умови розділення фотогенерованих електроннодіркових пар. Таким чином нами запропоновано простий, дешевий і екологічно чистий спосіб для контрольованого та відтворюваного виготовлення якісних планарних і наноструктурованих приладів електроніки, оптоелектроніки і фотовольтаїки на основі нової та перспективної концепції олівець-на-напівпровіднику. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Спосіб виготовлення фоточутливих гетероструктур на основі нарисованих графітових плівок, що включає їх нанесення на поверхню напівпровідника, який відрізняється тим, що графітову плівку спочатку рисують на розчинній підкладці, а потім переносять на гладку або наноструктуровану поверхню напівпровідникової підкладки і формують якісний оптичний контакт. 2 UA 94627 U 3 UA 94627 U Комп’ютерна верстка М. Шамоніна Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4