Photoelectric Properties of the Mn2O3/n-InSe Heterojunction

Abstract

Методом низькотемпературного спрей-піролізу виготовлено фоточутливі гетеропереходи Mn2O3/nInSe. На нагріту підкладку з шаруватого кристалу n-InSe розпилювався водний розчин відповідного складу. В результаті чого на його поверхі утворювалась тонка плівка Mn2O3. Використання шаруватих напівпровідників дозволяє отримувати якісні інтерфейси, навіть при значній розбіжності параметрів кристалічних граток контактуючих матеріалів. Фронтальний шар з широкозонного напівпровідника Mn2O3 є прозорим в області максимального поглинання світла у InSe. Це дозволяє ефективно експлуатувати фотоелектричні властивості останнього. Проведено дослідження фотоелектричних та оптичних властивостей отриманого гетеропереходу, побудовано відповідні графічні залежності: вольтамперні характеристики та диференційний опір при різних температурах, температурна залежність висоти потенційного бар’єру, спектральна залежність відносної квантової ефективності в інтервалі енергій фотонів 1.2÷3.2 eV. Запропоновано теоретичні моделі, що описують отримані результати. На основі аналізу температурних залежностей прямих і зворотних гілок вольт-амперних характеристик визначено енергетичні параметри гетеропереходу. Проведено оцінку величини послідовного та шунтуючого опорів. Визначені механізми формування прямого та зворотного струмів крізь енергетичний бар’єр Mn2O3/n-InSe.

Photosensitive Mn2O3/n-InSe heterojunctions were produced by the method of low-temperature spray pyrolysis. An aqueous solution of the appropriate composition was sprayed onto a heated substrate made of a layered n-InSe crystal. As a result, a thin film of Mn2O3 was formed on its surface. The use of layered semiconductors makes it possible to obtain high-quality interfaces, even with significant differences in the crystal lattice parameters of the contacting materials. The front layer of the wide-gap semiconductor Mn2O3 is transparent in the region of maximum light absorption in InSe. This makes it possible to effectively exploit the photovoltaic properties of the latter. The photoelectric and optical properties of the obtained heterojunction were studied, the corresponding graphical dependences were constructed: current-voltage characteristics and differential resistance at different temperatures, temperature dependence of the height of the potential barrier, spectral dependence of the relative quantum efficiency in the photon energy range of 1.2÷3.2 eV. Theoretical models describing the obtained results are proposed. Based on the analysis of the temperature dependences of the direct and reverse branches of the current-voltage characteristics, the energy parameters of the heterojunction were determined. The value of the series and shunt resistances was evaluated. The mechanisms of the formation of forward and reverse currents through the Mn2O3/n-InSe energy barrier are determined.