Surface-barrier Structures Au/n-CdS: Fabrication and Electrophysical Properties

Abstract

Представлено результати дослідження електрофізичних властивостей поверхнево-бар’єрних структур (ПБС) Au/n-CdS, одержаних ВЧ магнетронним розпиленням. Встановлено, що плівки кристалізуються в просторовій групі P63mc. Приводяться результати дослідження вольт-амперних характеристик (ВАХ) для неосвітлених та освітлених плівок. На основі поведінки ВАХ розраховано коефіцієнт ідеальності, висоту потенціального бар'єра зі сторони металу, струм насичення, послідовний опір структури, коефіцієнт випрямлення та висоту вбудованого потенціалу для темнової та освітленої структури. Встановлено, що коефіцієнт випрямлення в процесі освітлення ПБС Au/n-CdS імітатором сонячного випромінювання (1000 Вт/м2) зростає у порівнянні з темновою ВАХ від 3 до 22. Домінуючим механізмом переносу заряду, який встановлюється з темнових I-V характеристик напруг прямого зсуву, є багатоступеневі тунельні та рекомбінаційні процеси із залученням поверхневих станів на металургійний інтерфейс Au/n-CdS. Для освітленої прямої ВАХ за зміщень ˂ 0,6 В переважає тунельнорекомбінаційний механізм перенесення заряду, а за зміщень > 0.6 В – зростає внесок механізму тунелювання. При зворотному зміщені для темнової та освітленої ВАХ за зміщень ˂ 0,3 B домінуючим механізмом струмопроходження є тунелювання носіїв заряду або ж струм, обмежений просторовим зарядом у режимі насичення швидкості, а за зміщень > 0,3 B – струм, обмежений просторовим зарядом в режимі рухливості. Результати дослідження фотопровідності (ФП) дозволили оцінити пропускну межу та ширину забороненої зони отриманої плівки.

The results of the electrophysical properties study of Au/n-CdS surface-barrier structures (SBS) obtained by radio frequency (RF) magnetron sputtering are presented. It was established that CdS films crystallize in the space group P63mc. The results of I-V characteristics investigation for films in the dark and under illumination are presented. The ideality factor, the potential barrier height on the metal contact, the saturation current, the resistivity, the rectification factor and the built-in potential of the structure in the dark and under illumination are calculated based on the behavior of the I-V characteristic. In the process of illumination by a solar radiation simulator of the structure from the side of Au, the rectification factor k increases from 3 to 22 in comparison with the dark I-V characteristic. The multistage tunneling and recombination processes with the involvement of the surface states at the metallurgical Au/n-CdS interface is a dominant mechanism of charge transfer which established from the dark I-V characteristics of the forward-bias voltages. For the illuminated I-V characteristics, for biases ˂ 0.6 V the tunneling and recombination mechanisms of the charge transport are dominant, and for biases > 0.6 V, the contribution of the tunneling mechanism increases. At reverse voltages for the dark and illuminated I-V characteristics, for biases ˂ 0.3 V the dominant mechanism of charge transport is tunneling of charge carriers or currents confined by the space charge in the saturation mode of the carrier rate, and for biases > 0.3 V – currents confined by the space charge in the mobility mode. From the photoconductivity (PC) investigation, the band gap and absorption dependencies of the fabricated film were established.