Микроструктура и комбинационные рассеяние света тонких пленок sb

МИКРОСТРУКТУРА И КОМБИНАЦИОННЫЕ РАССЕЯНИЕ СВЕТА ТОНКИХ ПЛЕНОК Sb₂Se₃ РАЗЛИЧНОГО СОСТАВА ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ ОТДЕЛНЫХ ИСТОЧНИКОВ ИСТОЧНИКОВ Sb И Se ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ ПОДЛОЖКИ 400℃
T.М. Разыков¹ д.ф.м.н. проф., К.М. Кучкаров¹ д.ф.м.н. проф., Б.А. Эргашев¹ PhD. снс, Р. Т. Йулдошов¹, Д. Исаков¹, М. Махмудов¹, М. Пиримматов^1
1Физико-технический институт НПО «Физика-Солнце» АН РУз,
Узбекистан, 100084, Ташкент, ул. Чингиза Айтматова, 2Б
тел.: [phone]; e-mail: [e-mail]
Введение. Настоящее время исследователи мира уделяют особое внимание применению халькогенидных бинарных соединений Sb₂Se_3, Sb₂S₃ и твердых растворов Sb₂(S_x,Se_1-x)₃ на их основе (химическая формула Sb₂X₃) в качестве поглощающего слоя для солнечных элементов [1].
В данной работе были изучены структурные и электрические свойства пленок Sb₂Se₃, полученных ХМПО из отдельных источников бинарного соединения Sb₂Se₃ и элементов Se при температуре подложки 500℃.
Методика эксперимента. Sb₂Se₃ методом ХМПО подробно описано в работе [2]. В качестве исходного материала, были использованы вещества бинарного соединение Sb₂Se₃ и Se полупроводниковой чистоты (99,999%), которые испарялись в потоке водорода при атмосферном давлении. Температурный интервал испарения гранул бинарного соединения и селена для выращивания пленок находился в пределах 800℃ для Sb₂Se₃, а непосредственно для Se 350℃-430℃, а температура подложки поддерживалась при 500⁰C.
Результаты и их обсуждение. Морфологию поверхности исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа. На рис. 1 представлена морфология поверхности тонких пленок Sb₂Se₃ различного состава, осажденные из отдельных источников сурьмы (Sb) и селена (Se) при температуре подложки 400 °С. Контроль содержания селена в процессе осаждения осуществляли путем изменения температуры источника селена от 380^оC до 470^оC.
Все тонкие пленки Sb_xSe_y имели компактную морфологию поверхности. Размеры кристаллов пленок Sb_xSe_y, состоящих из стержней, находились в пределах 0,5÷8 микрон. Средние диаметры и длины стержней Sb_xSe_y, осажденных при отношениях Sb/Se - 0,66 и 0,7, были примерно одинаковыми при 0,5÷1 и 1÷4 мкм соответственно. При соотношении Sb/Se≈0,52 длина стержней составляла от 1 до 10 мкм, и большинство из них были параллельны подложке. При соотношениях Sb/Se≈0,76 и Sb/Se≈0,98 упорядоченное расположение стержней на основании нарушено, т. е. доли стержней, растущих параллельно и перпендикулярно основанию, почти равны. В тонких пленок Sb_xSe_y, полученных при соотношении 1,26, размер зерен уменьшился. По мере приближения отношения Sb/Se к стехиометрическому длинные стержни превращаются в более короткие и гладкие зерна.

Sb/Se=0.52	S b/Se=0.67	S b/Se=0.7
Sb/Se=0.76	Sb/Se=0.98	Sb/Se=1.17

Рисунок 1 – Морфология поверхности тонких пленок Sb₂Se₃ синтезированных при температуре подложки 400 ºC с различными соотношением Sb/Se, полученная на сканирующем электронном микроскопе
Измерения рентгеноструктурного анализа проводились на пленках различных составов, осажденных при температуре подложки 400 ^oC, для установления фазового состава и определения преимущественный ориентации слоев Sb_xSe_y.
Как показано на рис. 2, все дифракционные пики принадлежат орторомбической фазе Sb₂Se₃ (JCPDS 15–0861). Также с увеличением содержания Sb на пленках наблюдалось снижение интенсивности пика Sb2Se3. В частности, интенсивность пика преимущественной ориентации (061) упала до минимума. Полученные рентгенограммы хорошо согласуются со стандартной картиной, что свидетельствует о хорошей кристалличности пленок, при этом никаких других фаз обнаружено не было.
Практически не наблюдается заметного изменения текстуры для различных соотношений Sb/Se, что согласуется с очевидной стабильностью процесса синтеза до этого момента. Известно, что пленки Sb₂Se₃ состоят из одномерных лент (Sb₄Se₆)n, уложенных вдоль направления [001] за счет ковалентных связей Sb-Se, а ленты (Sb₄Se₆)n удерживаются вместе ван-дер-ваальсовыми силами между лентам.
Для анализа изменения текстуры были отобраны линии, имеющие наибольшую интенсивность: (020), (120), (130), (230), (211), (221), (301), (240), (141), (061). Зерна (hk1)-ориентации, состоящие из лент (Sb₄Se₆)n, имеют определенный угол наклона с подложкой, обладающей наилучшей способностью переноса носителей заряда [3]. Можно представить, что перенос носителей в направлении предпочтительной ориентации [221] будет легче, чем в направлении ориентации [120]. Кроме того, зерна с преимущественной ориентацией состоят из плоскостей (hk1). Это указывало на то, что пленки с зернами предпочтительной ориентации [hk1] будут иметь меньший разрыв ковалентных связей. Другими словами, границы зерен предпочтительной ориентации [hk1] могут иметь меньшую поверхностную энергию и меньше оборванных связей и очень полезны для уменьшения рекомбинации на границе раздела и транспортных потерь поглотителя [4].
Кроме того, теоретические расчеты показали, что поверхности, такие как поверхность (hk0), соответствующая плоскостям (110) и (120),