Structural, optical, and electrical properties of the Si10Ge10AsxTe80-x amorphous system

Tarek M. Fayez; Ibrahim A.  Saleh

المؤلفون

Tarek M. Fayez Physics Department Faculty of Science Sebhau University Libya
Ibrahim A. Saleh Physics Department Faculty of Arts and Science-Al Abyar Benghazi University Libya

الكلمات المفتاحية:

Multilayers system، optical band gap، activation energies، electrical conductivity، photoluminescence

الملخص

تمت دراسة الأغشية الرقيقة للنظام Si₁₀Ge₁₀As_xTe_80-x (حيث x=5 and 15) المحضرة عند درجة حرارة 80 درجة مئوية في نطاقات درجات الحرارة 200 و300 و400 درجة مئوية. تتكون الطبقتان المتعددتان من الأغشية الرقيقة من السيليكون (Si) والجرمانيوم (Ge) والتيلوريوم (Te) المشوب بالزرنيخ (As). تم تغيير درجة حرارة التلدين للتحقيق في تأثيرها على الخصائص التركيبية والكهربائية للأغشية. تم تحليل البنية البلورية وتأثير التلدين على البنية بواسطة حيود الأشعة السينية. أوضحت بيانات الأشعة السينية للأغشية الملدنة عند درجة حرارة 400 درجة مئوية بعض اطوار التبلور Ge-Ge. تم العثور على تناقص فجوة الطاقة الضوئية للأغشية المشوبة بالزرنيخ. وقد تبين أنه مع زيادة محتوى الزرنيخ في الأغشية، تزداد موصليتها أيضًا. أظهرت القياسات البصرية أن فجوة الطاقة البصرية E_g تتناقص أو تزداد عند التلدين، ويرجع هذا التزايد جزئيًا إلى تأثيرات التبلور. أما القياسات الكهربائية، فقد أُجريت عند درجات حرارة تلدين وأوقات تلدين مختلفة. وأظهرت النتائج أن طاقة فجوة النطاق تتناقص من 2.49 إلى 1.22 إلكترون فولت مع زيادة محتوى الزرنيخ. علاوة على ذلك، يؤدي إضافة الزرنيخ إلى انخفاض طاقات تنشيط التبلور وزيادة الموصلية. تبلغ طاقات تنشيط التبلور في أنظمة Si₁₀Ge₁₀As_xTe_80-x المشوبة بالزرنيخ (15 نانومتر) والزرنيخ (45 نانومتر) 16.9 و11.5 كيلوجول/مول على التوالي.

المراجع

References

Ghazala, M. S. A., Aboelhasn, E., Amar, A. H., & Gamel, W. (2011). Thermal stability and electrical properties of Se90Ge10-xInx amorphous alloys. Physica Status Solidi. C, Conferences and Critical Reviews/Physica Status Solidi. C, Current Topics in Solid State Physics, 8(11–12), 3095–3098. https://doi.org/10.1002/pssc.201000562.

Popescu, M., Sava, F., Velea, A., & Lőrinczi, A. (2009). Crystalline–amorphous and amorphous–amorphous transitions in phase-change materials. Journal of Non-Crystalline Solids, 355(37–42), 1820–1823. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2009.04.053.

Ovshinsky, S. R. (1968). Reversible Electrical Switching Phenomena in Disordered Structures. Physical Review Letters, 21(20), 1450–1453. https://doi.org/10.1103/physrevlett.21.1450.

Lacaita, A. (2006). Phase change memories: State-of-the-art, challenges and perspectives. Solid-State Electronics, 50(1), 24–31. https://doi.org/10.1016/j.sse.2005.10.046.

Lok Chow, Thermoelectric Power and DC Conductivity of Amorphous Ge10Si12As30Te48 Semiconductors, University of Manitoba, 1976.

Garbin, D., Devulder, W., Degraeve, R., Donadio, G. L., Clima, S., Opsomer, K., Fantini, A., Cellier, D., Kim, W. G., Pakala, M., Cockburn, A., Detavernier, C., Delhougne, R., Goux, L., & Kar, G. S. (2019). Composition Optimization and Device Understanding of Si-Ge-As-Te Ovonic Threshold Switch Selector with Excellent Endurance. 2021 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM). https://doi.org/10.1109/iedm19573.2019.8993547.

Bhumia, S., Bhattacharya, P., & Bose, D. (1996). Pulsed laser deposition of ZnTe thin films. Materials Letters, 27(6), 307–311. https://doi.org/10.1016/0167-577x(96)00009-2

Ibrahim, A. (2006). DC electrical conduction of zinc telluride thin films. Vacuum, 81(4), 527–530. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2006.07.012

Nirmal, M., Dabbousi, B. O., Bawendi, M. G., Macklin, J. J., Trautman, J. K., Harris, T. D., & Brus, L. E. (1996). Fluorescence intermittency in single cadmium selenide nanocrystals. Nature, 383(6603), 802–804. https://doi.org/10.1038/383802a0

McDonald, S. A., Konstantatos, G., Zhang, S., Cyr, P. W., Klem, E. J. D., Levina, L., & Sargent, E. H. (2005). Solution-processed PbS quantum dot infrared photodetectors and photovoltaics. Nature Materials, 4(2), 138–142. https://doi.org/10.1038/nmat1299

Nozik, A. (2002). Quantum dot solar cells. Physica E Low-dimensional Systems and Nanostructures, 14(1–2), 115–120. https://doi.org/10.1016/s1386-9477(02)00374-0.

Nakamura, Y. (2018). Nanostructure design for drastic reduction of thermal conductivity while preserving high electrical conductivity. Science and Technology of Advanced Materials, 19(1), 31–43. https://doi.org/10.1080/14686996.2017.1413918.

Das, S., Senapati, S., Alagarasan, D., Varadharajaperumal, S., Ganesan, R., & Naik, R. (2022). Enhancement of nonlinear optical parameters upon phase transition in new quaternary Ge20Ag10Te10Se60 films by annealing at various temperatures for optoelectronic applications. Journal of Alloys and Compounds, 927, 167000. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.167000.

Wang, B., Fu, X., Song, S., Chu, H., Gibson, D., Li, C., Shi, Y., & Wu, Z. (2018). Simulation and optimization of film thickness uniformity in physical vapor deposition. Coatings, 8(9), 325. https://doi.org/10.3390/coatings8090325.

Tauc, J. (1974). Amorphous and Liquid Semiconductors. In Springer eBooks. https://doi.org/10.1007/978-1-4615-8705-7.

Tillack, B., Zaumseil, P., Morgenstern, G., Krüger, D., Dietrich, B., & Ritter, G. (1995). Strain compensation in ternary Si1-x- yGexBy films. Journal of Crystal Growth, 157(1–4), 181–184. https://doi.org/10.1016/0022-0248(95)00405-x

Urbach, F. (1953). The Long-Wavelength Edge of Photographic Sensitivity and of the Electronic Absorption of Solids. Physical Review, 92(5), 1324. https://doi.org/10.1103/physrev.92.1324.

Amanullah, F. M., Al‐Shammari, A. S., & Al‐Dhafiri, A. M. (2005). Co‐activation effect of chlorine on the physical properties of CdS thin films prepared by CBD technique for photovoltaic applications. Physica Status Solidi (A), 202(13), 2474–2478. https://doi.org/10.1002/pssa.200420075.

Abo‐Ghazala, M. S. (2011). Effect of H‐dilution and hydrogen bonding configuration on optical and electronic properties of a‐Si:H/a‐Ge:H multilayers. Physica Status Solidi. C, Conferences and Critical Reviews/Physica Status Solidi. C, Current Topics in Solid State Physics, 8(11–12), 3099–3102. https://doi.org/10.1002/pssc.201000561.

Khelifati, N., Tata, S., Rahal, A., Cherfi, R., Fedala, A., Kechouane, M., & Mohammed‐Brahim, T. (2010). The annealing temperature effect on the electrical properties of boron‐doped hydrogenated amorphous silicon a‐Si:H(B). Physica Status Solidi. C, Conferences and Critical Reviews/Physica Status Solidi. C, Current Topics in Solid State Physics, 7(3–4), 679–682. https://doi.org/10.1002/pssc.200982718.

Augis, J. A., & Bennett, J. E. (1978). Calculation of the Avrami parameters for heterogeneous solid state reactions using a modification of the Kissinger method. Journal of Thermal Analysis, 13(2), 283–292. https://doi.org/10.1007/bf01912301.

Rao, C. N. R., & Rao, J. N. K. (1978). Phase transitions in solids : an approach to the study of the chemistry and physics of solids. In McGraw-Hill eBooks. https://ci.nii.ac.jp/ncid/BA09886264.

El-Zaidia, M.M. and Nassar, A.M., 1981. Amorphous-crystalline transformation and X-ray studies of Se80Te18S2. Physics and Chemistry of Glasses, 22, pp.147-9.