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Jan 01, 2024

Investigando vários contatos de metal para p

Relatórios Científicos volume 13, número do artigo: 8259 (2023) Cite este artigo 754 Detalhes das métricas de acesso Os semicondutores delafossite têm atraído atenção substancial no campo da eletro-óptica

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 8259 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Os semicondutores Delafossita 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 condutores transparentes (TCOs) do tipo p. O CuGaO2 (CGO), como um dos materiais delafossita tipo p mais promissores, possui propriedades elétricas e ópticas atraentes. Neste trabalho, conseguimos sintetizar CGO com diferentes fases adotando a rota de reação no estado sólido por pulverização catódica seguida de tratamento térmico em diferentes temperaturas. Ao examinar as propriedades estruturais dos filmes finos de CGO, descobrimos que a fase pura delafossita aparece na temperatura de recozimento de 900 °C. Já em temperaturas mais baixas, a fase delafossita pode ser observada, mas junto com a fase espinélio. Além disso, suas caracterizações estruturais e físicas indicam uma melhoria na qualidade do material em temperaturas superiores a 600 °C. Posteriormente, fabricamos um PD ultravioleta (UV-PD) baseado em CGO 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 sobre o desempenho do dispositivo. Demonstramos que o UV-PD com o emprego de Cu como contato elétrico apresenta um comportamento Schottky com responsividade de 29 mA/W com tempo de resposta curto de 1,8 e 5,9 s para tempos de subida e decaimento, respectivamente. Em contraste, o UV-PD com eletrodo Ag mostrou uma responsividade melhorada de cerca de 85 mA/W com um tempo de subida/decadência 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 no futuro.

Hoje em dia, o CuGaO2 (CGO) tem ampla aplicação em dispositivos eletro-ópticos devido às suas substanciais propriedades ópticas e eletrônicas . Delafossite CGO com 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, VO2, são os materiais mais populares para estudo. O emergente delafossita CGO com alta transmitância de 80% na região visível, bem como sua concentração de buracos sintonizáveis ​​até cerca de 1021 cm-3, mostrou sua promessa como TCOs do tipo p . 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 película fina transparentes (TTFT)10, camada de transporte de furos (HTL) para energia solar de perovskita. células11,12 e fotodetectores13. Além disso, pela excelente combinação de rede com Ga2O3 e ZnO, este material também pode ser promissor para a fabricação de junções pn totalmente óxidos para diversas aplicações optoeletrônicas e eletrônicas .

Em geral, β e α são duas fases dignas de nota do material CGO. A fase β, que possui uma estrutura wurtzita, é composta por tetraedros GaO4 e CuO4 que compartilham vértices e demonstra um bandgap1 de 1,47 eV. Suzuki et al., apontam que o β-CGO é uma opção apropriada para a fabricação de células solares devido ao alto coeficiente de absorção e ao bandgap direto adequado . 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 fornece 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 possui um bandgap de 3,6 eV, o que distingue exclusivamente suas propriedades do β-CGO. Embora, de acordo com a classificação, 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 deste material . Suzuki et al., também mencionam que devido ao amplo bandgap e à 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, o α-CGO é mais estável, enquanto o β-CGO é uma fase instável que pode ser decomposta para formar α-CGO em temperaturas superiores a 460 °C16.