Investigation of Morphology and Electrical Properties of Structures Based on the Heterojunction Monocrystalline Si/Microcrystalline ZnO

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The results of an experimental study of the surface morphology of zinc oxide films and the electrical properties of structures based on the monocrystalline Si/microcrystalline ZnO heterojunction are presented. The structure of zinc oxide films grown in an atmosphere of argon and oxygen is analyzed, and the size distribution of nanoscale fibers grown on its surface is obtained. The capacitance-voltage characteristics of the In/ZnO/n-Si/Al and Au/ ZnO/n-Si/Al heterostructures have been simulated. Based on the calculations and comparison of experimental and model dependences, the concentration of free charge carriers in the sample and the position of the Fermi level were determined, the presence of a fixed charge in the structure was revealed, the density of surface states was found based on the ratio of the voltage applied to the structure and the surface potential at the interface of the materials of the layers of structures. The value of the built-in surface charge is calculated. The interrelation of the upper contact material with the volt-farad and volt-ampere characteristics of the structure is investigated. The resistance of the formed zinc oxide films is calculated. The prevailing charge transfer mechanisms are discussed. The influence of technological modes of obtaining zinc oxide films obtained by spray pyrolysis on the structure of the surface, the effective capacity of the structure, the density of electronic states, the processes of charge carrier transfer in samples under the action of an electric field is analyzed.

About the authors

A. R. Semenov

Ryazan State Radio Engineering University named after V.F. Utkin

Author for correspondence.
Email: sem-a-sem@mail.ru
Russia, 390005, Ryazan

V. G. Litvinov

Ryazan State Radio Engineering University named after V.F. Utkin

Email: marta.tap@yandex.ru
Russia, 390005, Ryazan

T. A. Kholomina

Ryazan State Radio Engineering University named after V.F. Utkin

Author for correspondence.
Email: marta.tap@yandex.ru
Russia, 390005, Ryazan

A. V. Ermachikhin

Ryazan State Radio Engineering University named after V.F. Utkin

Email: marta.tap@yandex.ru
Russia, 390005, Ryazan

N. B. Rybin

Ryazan State Radio Engineering University named after V.F. Utkin

Email: marta.tap@yandex.ru
Russia, 390005, Ryazan

References

  1. Pintilie L., Pintilie I. // Mater. Sci. Eng. B. 2001. V. 80. Iss. 1–3. P. 388. https://www.doi.org/10.1016/s0921-5107(00)00605-x
  2. Kaidashev E.M., Loren M.Z., von Wenckstern H., Rahm A., Semmelhack H.-C., Han K.-H., Benndorf G., Bundesmann C., Hochmuth H., Grundmann M. // Appl. Phys. Lett. 2016. V. 82. Iss. 22. P. 3901. https://www.doi.org/10.1063/1.1578694
  3. Lashkova N.A., Maximov A.I., Ryabko A.A., Bobkov A.A., Moshnikov V.A., Terukov E.I. // Semiconductors. 2016. V. 50. Iss. 9. P. 1254. https://www.doi.org/10.1134/S106378261609013X
  4. Захвалинский В.С., Голев И.М., Борисенко Л.В., Прокопова Т.В., Хмара А.Н., Пилюк Е.А., Колесников Д.А. // Известия РАН: Сер. физическая. 2016. Т. 80. № 9. С. 1218. https://www.doi.org/10.7868/S0367676516090556
  5. Исмаилов Д.В. Наноструктурированные слои и тонкие пленки на основе оксида цинка: Дис. ... канд. техн. наук: 01.04.07. Томск: ТПУ, 2018. 158 с.
  6. Sekar N.K., Gumpu M.B., Ramachandra B.L., Nesakumar N., Sankar P., Babu K.J., Krishnan U.M., Rayappan J.B.B. // J. Nanosci. Nanotech. 2018. V. 18. № 6. P. 4371. https://www.doi.org/10.1166/jnn.2018.15259
  7. Davidova M., Laposa A., Smarhak J., Kromka A., Neykova N., Nahlik J., Kroutil J., Drahokoupil J., Voves J. // Beilstein J. Nanotech. 2018. V. 9. P. 22. https://www.doi.org/10.3762/bjnano.9.4
  8. Catellani A., Calzolari A. // Materials. 2017. V. 10. Iss. 4. P. 332. https://www.doi.org/10.3390/ma10040332
  9. Орешкин П.Т. Физика полупроводников и диэлектриков. М.: Высшая школа, 1977. 448 с.
  10. Muller R.S., Chan M., Kamins T.I. Device electronics for integrated circuits, 3rd Ed. Wiley India Pvt. Limited, 2003. 560 p.
  11. Sze S.M. Physics of Semiconductor Devices. N.Y.: Wiley-Interscience, 1981. 880 p.
  12. Ellmer K., Klein A., Rech B. ZnO and its applications. // Transparent Conductive Zinc Oxide. V. 104. Springer Berlin, Heidelberg, 2008. 446 p. https://www.doi.org/10.1007/978-3-540-73612-7
  13. Литвинов В.Г., Семенов А.Р., Холомина Т.А., Ермачихин А.В., Рыбин Н.Б., Громов Д.Г. // Вестник РГРТУ. 2018. Вып. 66-2. С. 9. https://www.doi.org/10.21667/1995-4565-2018-66-4-2-9-14
  14. Semenov A.R., Litvinov V.G., Kholomina T.A., Ermachikhin A.V., Rybina N.V., Gromov D.G., Oleinik S.P. // Investigating and modeling high frequency C–V characteristics of zinc oxide-based heterostructures. 7th Mediterranean Conference on Embedded Computing (MECO), Budva, Montenegro, 2018. P. 1. https://www.doi.org/10.1109/MECO.2018.8405999
  15. Pearson K. // Proceedings of the Royal Society of London. 1895. V. 58. Iss. 347. P. 240. https://www.doi.org/10.1098/rspl.1895.0041
  16. Pearton S., Norton D.P., Ip K., Heo Y.W., Steiner T. // Prog. Mater. Sci. 2005. V. 50. Iss. 3. P. 293. https://www.doi.org/10.1016/j.pmatsci.2004.04.001
  17. Gromov D.G., Koz’min A.M., Shulyat’ev A.S., Polomoshnov S., Bogolyubova D.N., Shamanaev S.V. // Semiconductors. 2013. V 47. № 13. P. 1687. https://www.doi.org/10.1134/S1063782613130083
  18. Майселл Л., Глэнг Р. Технология тонких пленок. Справочник. Т. 2 / Перевод с англ. под ред. М.И. Елинсона, Г.Г. Смолко. М.: Сов. радио, 1977. 768 с.
  19. Тутов Е.А., Тума Ф.А., Кукуев В.И. // Конденсированные среды и межфазные границы. 2006. Т. 8. № 4. С. 334.
  20. Семенов А.Р., Голованова М.В., Литвинов В.Г., Громов Д.Г., Олейник С.П., Холомина Т.А., Ермачихин А.В. // Вестник РГРТУ. 2019. Вып. 70. С. 179. https://www.doi.org/10.21667/1995-4565-2019-70-179-189

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (167KB)
3.

Download (997KB)
4.

Download (128KB)
5.

Download (792KB)
6.

Download (140KB)
7.

Download (38KB)
8.

Download (68KB)

Copyright (c) 2023 А.Р. Семенов, В.Г. Литвинов, Т.А. Холомина, А.В. Ермачихин, Н.Б. Рыбин

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».