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Jan 01, 2024

pのさまざまな金属接触を調査する

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8259 (2023) この記事を引用 754 アクセス メトリクスの詳細 デラフォサイト半導体は電気光学分野で大きな注目を集めています

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8259 (2023) この記事を引用

754 アクセス

メトリクスの詳細

デラフォサイト半導体は、そのユニークな特性と、太陽電池、光触媒、光検出器 (PD)、および p 型透明導電性酸化物 (TCO) に適用できる p 型材料の入手可能性により、電気光学の分野で大きな注目を集めています。 CuGaO2 (CGO) は、最も有望な p 型デラフォサイト材料の 1 つであり、魅力的な電気的および光学的特性を持っています。 今回の研究では、スパッタリングとその後の異なる温度での熱処理を用いた固相反応ルートを採用することで、異なる相をもつCGOを合成することができました。 CGO 薄膜の構造特性を調べることにより、900 °C のアニーリング温度で純粋なデラフォサイト相が現れることがわかりました。 より低い温度では、デラフォサイト相が観察されますが、スピネル相も観察されます。 さらに、その構造的および物理的特性は、600 °C を超える温度で材料品質が向上することを示しています。 その後、他の CGO ベース UV-PD と比較して顕著な性能を示す金属 - 半導体 - 金属 (MSM) 構成の CGO ベース紫外線 PD (UV-PD) を作製し、金属の影響についても調査しました。デバイスのパフォーマンスに関するお問い合わせ。 我々は、電気接点として Cu を使用した UV-PD が、応答時間 29 mA/W、立ち上がり時間と立ち下がり時間それぞれ 1.8 秒と 5.9 秒という短い応答時間のショットキー挙動を示すことを実証します。 対照的に、Ag 電極を備えた UV-PD は、応答性が約 85 mA/W 向上し、立ち上がり/減衰時間が 12.2/12.8 秒と遅くなりました。 私たちの研究は、将来のオプトエレクトロニクス応用の可能性のための p 型デラフォサイト半導体の開発に光を当てています。

現在、CuGaO2 (CGO) は、その優れた光学的および電子的特性により、電気光学デバイスに広く応用されています 1,2。 3.6 eV のバンドギャップとその優れた導電性を備えたデラフォサイト CGO は、紫外 (UV) スペクトル範囲での優れた用途を約束します。 さらに、CGO は真性 p 型半導体であり、通常は n 型半導体である ZnO、CdO、SnO2、In2O3:Sn、または In2O3:Mo などの他の透明導電性酸化物 (TCO) と比較して非常に重要です。 これまでのところ、Cu2O、NiO、VO2 を含む p 型 TCO が研究対象として最も人気のある材料です。 可視領域で 80% の高い透過率と、最大約 1021 cm-3 まで調整可能な正孔濃度を備えた新興デラフォサイト CGO は、p 型 TCO としての有望性を示しています 4,5。 さらに、さまざまな研究は、この新しい CGO 材料が色素増感太陽電池 (DSSC)6、光触媒 7,8、pn 接合 9、透明薄膜トランジスタ (TTFT)10、ペロブスカイト太陽電池の正孔輸送層 ​​(HTL) に広く使用できることを示しています。セル11、12、および光検出器13。 さらに、この材料は Ga2O3 および ZnO との優れた格子整合により、さまざまな光電子および電子用途の全酸化物 pn 接合の製造にも有望です 8,14。

一般に、β と α は CGO 材料の 2 つの注目すべき相です。 ウルツ鉱型構造を有する β 相は、頂点を共有する GaO4 および CuO4 四面体から構成され、1.47 eV のバンドギャップを示します1。 鈴木らは、β-CGO は吸収係数が高く、直接バンドギャップが適切であるため、太陽電池の製造に適切な選択肢であると指摘しています15。 α相の CGO は \(R\overline{3}m\) 対称性を持つデラフォサイト構造を持ち、Cu 原子は O-Cu-O として O を含む線形配列を形成し、Ga 原子はエッジを共有する八面体を形成します。おお、原子よ。 この原子配置により、ABCBAC 積層構造として再現される Cu および GaO6 面の周期構造が得られます。 図 1 は、デラフォサイト (α-) とウルツ鉱 (β-) CGO の構造を概略的に比較しています。 α-CGO には 3.6 eV のバンドギャップがあり、その特性が β-CGO とは独特に異なります。 分類によれば、α-CGO は間接半導体ですが、点 L と点 F (k 空間) で約 3.6 ～ 3.7 eV のエネルギー差を持つ直接遷移があり、これがこの材料の光学的および電子的特性を特殊化している可能性があります。 。 鈴木らは、α-CGO の広いバンドギャップと実効導電率により、適切な TCO16 として使用できるとも述べています。 デラフォサイト相の形成エネルギーはウルツ鉱相に比べて低いため、α-CGO はより安定ですが、β-CGO は 460 °C を超える温度で分解して α-CGO を形成する可能性がある不安定な相です16。