Electrical properties of fast cooled InSe single crystals

Influence of fast cooling on electrical properties of n-InSe single crystals is investigated for an ingot grown by the Bridgman method. Electrical characteristics and their anisotropy are investigated in the temperature range 80 to 410 K. It is found that fast cooling, as soon as crystallization is completed, of the ingot leads to an increase of the free electron concentration, conductivity along layers, and conductivity anisotropy, as well as to a decrease of the Hall mobility of carriers along layers. The theoretical analysis of the mobility of carriers has shown that space-charge regions underlie the effective mechanism of their scattering

Electrical properties of fast cooled inse single crystals

Influence of fast cooling on electrical properties of n-InSe single crystals is investigated for an ingot grown by the Bridgman method. Electrical characteristics and their anisotropy are investigated in the temperature range 80 to 410 K. It is found that fast cooling, as soon as crystallization is completed, of the ingot leads to an increase of the free electron concentration, conductivity along layers, and conductivity anisotropy, as well as to a decrease of the Hall mobility of carriers along layers. The theoretical analysis of the mobility of carriers has shown that space-charge regions underlie the effective mechanism of their scattering

Structure and electrical properties of In₂Se₃Mn layered crystals

Investigations of the crystalline structure and electrical properties of In₂Se₃ 1 wt. %Mn and In₂Se₃ 6 wt. % Mn crystals have been carried out. We have found formation of a substitutional solid solution for In₂Se₃ 1 wt. %Mn single crystals as well as existence of two phases (In₂Se₃ and MnIn₂Se₄) in polycrystalline ingots In₂Se₃ 6 wt. % Mn. Temperature dependences of the conductivities across (σ⊥C) and along (σ||C) the crystallographic c axis were measured in the range of 80 to 400 K. From the anisotropy σ⊥C/σ||C of conductivity temperature dependences of the energy barrier value ΔЕδ between the layers were calculated for the crystals under investigations

Фоточутливі гетеропереходи CuFeO2/n-InSe

Методом низькотемпературного спрей-піролізу виготовлено фоточутливі анізотипні гетеропереходів CuFeO2/n-InSe. На нагріту до 623 K підкладку InSe розпилювався водний розчин солей двохлористої міді CuCl2∙2H2O і трихлористого заліза FeCl3∙6H2O. В результаті отримувались плівки CuFeO2 р-типу із товщиною ~ 0,3 мкм та шириною забороненої зони 2,6 еВ. Контакти формувалися з використанням струмопровідної пасти на основі срібла. Проведено дослідження ВАХ при температурах від 295 до 336 K. Показано, що температурна залежність висоти потенціального бар'єру є лінійною. На основі аналізу температурних залежностей прямих та обернених ВАХ встановлено динаміку зміни енергетичних параметрів та з'ясовано роль енергетичних станів на межі гетеропереходу у формуванні контактної різниці потенціалів. Проведено апроксимацію ВАХ в рамках моделі, що враховує вплив послідовного та шунтуючого опорів. Знайдено значення діодного коефіцієнту, послідовного та шунтуючого опорів гетеропереходу. Визначено механізми формування прямого та зворотного струмів через енергетичний бар'єр CuFeO2/n-InSe. Досліджено спектральну залежність квантової ефективності опроміненої з боку CuFeO2 гетероструктури в діапазоні енергій фотонів від 1,2 до 3,2 еВ. Проаналізовано вплив поглинання світла в матеріалах гетероструктури на її загальну фоточутливість. Отримані результати підтверджують перспективність гетероструктур CuFeO2/n-InSe для фотоелектроніки.Photosensitive anisotypic CuFeO2/n-InSe heterojunctions were fabricated by the method of lowtemperature spray pyrolysis. An aqueous solution of copper dichloride CuCl2∙2H2O and iron trichloride FeCl3∙6H2O was sprayed onto the InSe substrate heated to 623 K. As a result, p-type CuFeO2 films with a thickness of ~ 0.3 µm and a band gap of 2.6 eV were obtained. Contacts were formed using silver-based conductive paste. The I-V characteristics were studied at temperatures from 295 to 336 K. It was shown that the temperature dependence of the height of the potential barrier is linear. Based on the analysis of the temperature dependences of forward and reverse I-V characteristics, the dynamics of change of energy parameters was established and the role of energy states at the boundary of the heterojunction in the formation of the contact potential difference was clarified. The approximation of I-V characteristics was carried out within the framework of the model, which takes into account the influence of series and shunt resistances. The values of the diode coefficient, series and shunt resistances of the heterojunction were found. The mechanisms of formation of direct and reverse currents through the CuFeO2/n-InSe energy barrier were determined. The spectral dependence of the quantum efficiency of heterojunctions in the range of photon energies from 1.2 to 3.2 eV was studied. The effect of light absorption in heterostructure materials on its general photosensitivity was analyzed. The obtained results confirmed the promise of CuFeO2/n-InSe heterojunctions for photoelectronics

Електричні властивості і фоточутливість гетеропереходів n-Mn2O3/p-InSe, виготовлених методом спрей-піролізу

Досліджені умови нанесення методом спрей-піролізу при температурі 350 оС тонких напівпровідникових плівок Mn2O3 на підкладки з кристалічного шаруватого напівпровідника p-InSe для створення анізотипних гетеропереходів n-Mn2O3/p-InSe. InSe є перспективним матеріалом для фотоелектроніки. Використання плівки Mn2O3, яка є прозорою в області максимальної фоточутливості InSe, дозволяє ефективно експлуатувати оптичні властивості InSe при створенні різних напівпровідникових пристроїв. Перевагою використання шаруватих напівпровідників при виготовленні гетеропереходів є те, що якісні інтерфейси отримуються навіть при значному неспівпаданні параметрів кристалічних граток вихідних матеріалів. Це значно розширює вибір матеріалів гетеропереходів. Проведені виміри електричних та фотоелектричних параметрів гетеропереходів n-Mn2O3/p-InSe та запропоновано теоретичні моделі, що їх описують. Побудовано графічні залежності I-V характеристик, послідовного опору, висоти потенційного бар’єру та фоточутливості. Встановлено, що дані гетеропереходи є фоточутливі та володіють випрямляючими властивостями. Використовуючи енергетичні параметри вихідних матеріалів, побудовано енергетичну діаграму гетеропереходу, яка дозволяє провести аналіз фізичних процесів в отриманих гетеропереходах. За температурною залежністю як прямих, так і зворотних вольт-амперних характеристик встановлена динаміка зміни з температурою енергетичних параметрів гетеропереходу, а також механізми протікання струму крізь гетероперехід. Проаналізована спектральна фоточутливість гетеропереходу.The conditions of application of thin semiconductor Mn2O3 films on p-InSe crystalline layered semiconductor substrates at a temperature of 623 K by the spray-pyrolysis method to create anisotypic heterojunctions n-Mn2O3/p-InSe were investigated. InSe is a promising material for photoelectronics. The use of the Mn2O3 film, which is transparent in the region of maximum photosensitivity of InSe, makes it possible to effectively exploit the optical properties of InSe in the fabrication of various semiconductor devices. The advantage of using layered semiconductors in the production of heterojunctions is that high-quality interfaces are obtained even with a significant discrepancy in the parameters of the crystal lattices of the starting materials. This significantly expands the choice of heterojunction materials. Electrical and photoelectric parameters of n-Mn2O3/p-InSe heterojunctions were measured and theoretical models describing them were proposed. The graphical dependencies of I-V characteristics, series resistance, height of the potential barrier and photosensitivity are constructed. It was established that these heterojunctions are photosensitive and have rectifying properties. Using the energy parameters of the starting materials, an energy diagram of the heterojunction was constructed, which allows for the analysis of physical processes in the obtained heterojunctions. Based on the temperature dependence of both direct and reverse I-V characteristics, the dynamics of changes in the energy parameters of the heterojunction with temperature, as well as the mechanisms of current flow through the heterojunction, are established. The spectral photosensitivity of the heterojunction was analyzed

Гетероструктури p-SnS/n-InSe створені методом спрей-піролізу

Дана робота присвячена виготовленню та дослідженню електричних та фотоелектричних характеристик анізотипних гетеропереходів p-SnS/n-InSe. Для нанесення тонких плівок SnS на кристалічні підкладки InSe використовувалась технологія низькотемпературного спрей-піролізу. На основі аналізу температурних залежностей прямих і зворотних гілок вольт-амперних характеристик досліджено динаміку зміни енергетичних параметрів гетеропереходу. Запропоновано теоретичні моделі, що описують поведінку прямих та зворотних гілок вольт-амперних характеристик. Визначено величину послідовного та шунтуючого опорів, а також їх вплив на вольт-амперні характеристики гетеропереходу. Оцінено величину контактної різниці потенціалу. Встановлено основні механізми протікання струму. Досліджена спектральна залежність квантової ефективності опроміненої зі сторони плівки SnS гетероструктури p-SnS/n-InSe в інтервалі енергій фотонів 1.2÷3.2 eV.This work is devoted to the fabrication and investigation of electrical and photoelectric characteristics of p-SnS/n-InSe anisotype heterojunctions. Low-temperature spray pyrolysis technology was used to deposit SnS thin films on InSe crystal substrates. Based on the analysis of temperature dependences of forward and reverse I-V characteristics, the dynamics of changes in the energy parameters of the heterojunction were investigated. Theoretical models describing the behavior of the forward and reverse I-V characteristics are proposed. The value of the series and shunt resistances, as well as their influence on the I-V characteristics of the heterojunction, was determined. The value of the contact potential difference was estimated. The charge transfer was analyzed. The spectral dependence of the quantum efficiency of the pSnS/n-InSe heterostructure irradiated from the side of the SnS film in the photon energy range of 1.2÷3.2 eV was studied

Гетероструктури Fe2O3/p-InSe, виготовлені методом спрей-піролізу

Досліджено спосіб виготовлення методом спрей-піролізу при 703 К плівок Fe2O3 на підкладках p-InSe для утворення і вивчення анізотипних гетероперехолів n-Fe2O3/p-InSe. Перевагою даного методу є простота та дешевизна. Він не потребує складного технологічного обладнання чи приміщення високого класу чистоти. Проведено дослідження електричних та фотоелектричних параметрів гетеропереходу. Вивчено вплив температури, наведена закономірність зміни енергетичного бар’єра гетеропереходу при підвищенні температури. На основі аналізу вольт амперних характеристик, встановлено природу струмів, які протікають у гетеропереході. Для пояснення отриманих експериментальних результатів, побудована енергетична діаграма гетеропереходу, яка базується на відомих числових значеннях енергетичних параметрів матеріалів, з яких гетероструктура виготовлена. Експериментальні дані і запропонована енергетична діаграма добре узгоджується між собою. Виміряна та проаналізована спектральна квантова фоточутливість гетеропереходу. Встановлено, що гетеропереходи n-Fe2O3/p-InSe є фоточутливими в діапазоні енергій 1.2÷2.8 еВ.The method of producing Fe2O3 films on p-InSe substrates by spray-pyrolysis method at 703 K for the formation and investigation of n-Fe2O3/p-InSe anisotype heterojunctions was studied. The advantage of this method is simplicity and cheapness. It does not require complex technological equipment or ultraclean environments. The electrical and photoelectric parameters of the heterojunctions were investigated. The effect of temperature is studied, and the regularity of the change in the energy barrier of the heterojunction with increasing temperature is given. Based on the analysis of the I-V characteristics, the nature of the currents flowing in the heterojunction was established. To explain the obtained experimental results, an energy diagram of the heterojunction is constructed, which is based on the known numerical values of the energy parameters of the materials from which the heterostructure is made. The experimental data and the proposed energy diagram agree well with each other. The spectral quantum photosensitivity of the heterojunction was measured and analyzed. It was established that n-Fe2O3/p-InSe heterojunctions are photosensitive in the energy range of 1.2÷2.8 eV

Фотоелектричні властивості гетеропереходу Mn2O3/n-InSe

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

Фотоелектричні та електричні властивості композитних матеріалів на основі n-InSe і графіту

В роботі приведені результати досліджень композитних матеріалів та структур, виготовлених на основі шаруватих напівпровідників та графіту. Ці матеріали мають схожу кристалічну структуру та завдяки своїм унікальним фізичним властивостям є перспективними для електроніки та фотоелектроніки. Тому ідея виготовлення на їх основі нових композитів та структур є цілком очевидною. Ми намагалися зробити деякі кроки в цьому напрямку використовуючи різні технологічні операції. Було виготовлено три типи дослідних об’єктів: пресовані таблетки з порошків InSe та терморозширеного графіту; плівки із водної суспензії терморозширеного графіту, які наносились на свіжосколену поверхню (0001) InSe; структури графіт/InSe, одержані шляхом вакуумного напилення. Досліджено їх фотоелектричні та електричні властивості. Встановлено значне зростання електропровідності композитного матеріалу InSe-терморозширений графіт по відношенню до вихідного порошку InSe. Це означає, що в цьому матеріалі електричний струм протікає по каналах, утворених графітом, а вибраний тиск, при якому пресувались зразки, забезпечує добрий контакт між окремими кристалітами. Фоточутливість отриманих матеріалів і структур визначається оптичними властивостями InSe. Діапазон фоточутливості композитного матеріалу InSe-терморозширений графіт є меншим ніж в InSe чи структурах графіт/InSe за рахунок розсіюванням на границях зерен.This paper presents the results of research of composite materials and structures made on the basis of layered semiconductors and graphite. These materials have a similar crystalline structure and due to their unique physical properties are promising for electronics and photoelectronics. Therefore, the idea of making new composite materials and structures based on them is quite obvious. We have tried to take some steps in this direction using various technological operations. Three types of samples were prepared: pressed tablets of mixed powders of InSe and thermoexpanded graphite; graphite films from aqueous suspension of thermoexpanded graphite, which were deposited onto fresh cleavage InSe (0001) surface, and graphite/InSe structures obtained by vacuum deposition. Their photoelectric and electrical properties have been investigated. A significant increase in the electrical conductivity of InSe-thermoexpanded graphite composite material relative to the initial InSe powder has been found. This means that in this material an electric current flows through the channels formed by graphite, and the selected pressure at which the samples were prepared provides good contact between individual crystallites. The photosensitivity of the obtained materials and structures is determined by the optical properties of InSe. The photosensitivity range of InSe-thermoexpanded graphite composite material is smaller than that of InSe or structures due to scattering at grain boundaries