Investigando vários contatos de metal para p

Jun 06, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8259 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Os semicondutores Delafossite têm atraído atenção substancial no campo da eletro-óptica devido às suas propriedades únicas e disponibilidade de materiais do tipo p que são aplicáveis ​​para células solares, fotocatalisadores, fotodetectores (PDs) e óxidos condutivos transparentes do tipo p (TCOs). O CuGaO2 (CGO), como um dos materiais delafossite tipo p mais promissores, possui propriedades elétricas e ópticas atraentes. Neste trabalho, somos capazes de sintetizar CGO com diferentes fases adotando a rota de reação no estado sólido usando sputtering seguido de tratamento térmico em diferentes temperaturas. Ao examinar as propriedades estruturais dos filmes finos de CGO, descobrimos que a fase delafossita pura aparece na temperatura de recozimento de 900 °C. Enquanto em temperaturas mais baixas, a fase delafossita pode ser observada, mas junto com a fase espinélio. Além disso, suas caracterizações físicas e estruturais indicam uma melhora na qualidade do material em temperaturas superiores a 600 °C. Posteriormente, fabricamos um ultravioleta-PD baseado em CGO (UV-PD) com uma configuração metal-semicondutor-metal (MSM) que exibe um desempenho notável em comparação com outros UV-PDs baseados em CGO e também investigamos o efeito do metal contatos no desempenho do dispositivo. Nós demonstramos que UV-PD com o emprego de Cu como contato elétrico mostra um comportamento Schottky com uma responsividade de 29 mA/W com um tempo de resposta curto de 1,8 e 5,9 s para tempos de subida e descida, respectivamente. Em contraste, o eletrodo UV-PD com Ag mostrou uma resposta melhorada de cerca de 85 mA/W com um tempo de subida/decaimento mais lento de 12,2/12,8 s. Nosso trabalho lança luz sobre o desenvolvimento do semicondutor delafossita tipo p para uma possível aplicação optoeletrônica do futuro.

Atualmente, o CuGaO2 (CGO) tem ampla aplicação em dispositivos eletro-ópticos devido às suas propriedades óticas e eletrônicas substanciais1,2. Delafossite CGO com um bandgap de 3,6 eV e sua condutividade significativa pode prometer aplicações notáveis ​​na faixa do espectro ultravioleta (UV). Além disso, o CGO é um semicondutor intrínseco do tipo p, que tem grande importância em comparação com outros óxidos condutores transparentes (TCOs), como ZnO, CdO, SnO2, In2O3:Sn ou In2O3:Mo, que são tipicamente semicondutores do tipo n3. Até agora, os TCOs do tipo p, incluindo Cu2O, NiO e VO2, são os materiais mais populares para estudo. O emergente delafossite CGO com uma alta transmitância de 80% na região visível, bem como sua concentração de buracos sintonizáveis ​​até cerca de 1021 cm-3, mostrou-se promissor como TCOs do tipo p4,5. Além disso, vários estudos mostram que o material CGO emergente pode ser amplamente utilizado em células solares sensibilizadas por corante (DSSCs)6, fotocatalisadores7,8, junções pn9, transistores de filme fino transparente (TTFT)10, camada de transporte de furos (HTL) para perovskita solar células11,12 e fotodetectores13. Além disso, por excelente combinação de rede com Ga2O3 e ZnO, este material também pode ser promissor para a fabricação de junções pn de óxido para várias aplicações optoeletrônicas e eletrônicas8,14.

Em geral, β e α são duas fases notáveis ​​do material CGO. A fase β, que possui uma estrutura wurtzita, é composta por tetraedros GaO4 e CuO4 que compartilham vértices e apresenta um bandgap1 de 1,47 eV. Suzuki et al., apontam que o β-CGO é uma opção adequada para a fabricação de células solares devido ao alto coeficiente de absorção e bandgap direto adequado15. CGO na fase α tem uma estrutura delafossita com simetria \(R\overline{3}m\), na qual os átomos de Cu formam um arranjo linear com O como O–Cu–O, enquanto os átomos de Ga criam octaedros de compartilhamento de borda com Ó átomos. Este arranjo atômico dá uma estrutura periódica de planos de Cu e GaO6 que reaparecem como construção de empilhamento ABCBAC. A Figura 1 compara esquematicamente as estruturas de delafossita (α-) e wurtzita (β-) CGO. O α-CGO tem um bandgap de 3,6 eV, o que distingue suas propriedades do β-CGO. Embora, de acordo com a classificação, o α-CGO seja um semicondutor indireto, ele possui uma transição direta com cerca de 3,6–3,7 eV de diferença de energia nos pontos L e F (no espaço k), o que pode particularizar as propriedades ópticas e eletrônicas desse material . Suzuki et al., também mencionam que devido ao amplo bandgap e condutividade efetiva do α-CGO, ele pode ser usado como um TCO16 adequado. Devido à menor energia de formação da fase delafossita em comparação com a wurtzita, α-CGO é mais estável, enquanto β-CGO é uma fase instável que pode ser decomposta para formar α-CGO em temperaturas superiores a 460 °C16.