Cấu trúc miền năng lượng và các khuyết tật

Một phần của tài liệu LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ TÀI NĂNG NGHIÊN CỨU MỐI NỐI DỊ THỂ PN TRÊN NỀN VẬT LIỆU ZnO (Trang 54 - 56)

CuSCN là một chất bán dẫn cĩ độ rộng vùng cấm lớn. Các tính tốn cho thấy rằng vùng cấm này khơng trực tiếp (indirect gap) (hình 4.2), và các giá trị độ lớn của nĩ là 3.9 eV (cho sự chuyển mức trực tiếp) và 3.5 eV (cho sự chuyển mức gián tiếp).[14]

Hình 43: Cấu trúc miền năng lượng của CuSCN. Các chấm đen thuộc về vùng hĩa trị.[14]

Độ dẫn điện của CuSCN được cho là do các lỗ trống Cu. Các tính tốn cho thấy rằng năng lượng hình thành của các lỗ trống Cu vào khoảng 0.2 eV và mật độ của nĩ vào khoảng 1019 cm-3. Các tính tốn này cũng cho thấy rằng mức năng lượng của VCu vào khoảng 0.1 eV phía trên rìa của vùng hĩa trị (VBM). Do đĩ, một phần lớn các lỗ trống này bị ion hĩa ở nhiệt độ phịng.

Ngồi ra cịn cĩ các khuyết tật khác. Do cấu trúc wurtzite khá chặt, các vị trí xen kẽ phải cĩ năng lượng hình thành rất lớn, và do nguyên tử Cu và nhĩm SCN cĩ kích thước rất khác nhau, các điểm đảo ngược (antisites) rất khĩ hình thành. Do đĩ chỉ cịn một số khuyết tật sau cĩ thể hình thành dễ dàng hơn.

Lỗ trống SCN là các tâm cho điện tử và cĩ thể bù trừ các tâm nhận điện tử tự nhiên. VSCN cĩ thể hình thành dễ dàng hơn trong các điều kiện giàu Cu, năng lượng hình thành của chúng trong trường hợp này là 3.17 eV. Do đĩ, chúng khĩ cĩ khả năng tồn tại trong trạng thái trung hịa điện ở

mật độ cao. Mức chuyển tiếp ε(0/+1) được cho rằng sẽ nằm trên rìa vùng hĩa trị (VBM) 1.05 eV. VSCN khơng thể tồn tại ở mật độ đủ lớn để pha tạp CuSCN trong các điều kiện cân bằng nhiệt động học.

Ngồi ra cịn cĩ thể tồn tại các lỗ trống của một bộ phận của nhĩm SCN. Một lỗ trống S ((CN)SCN) khơng thay đổi tính chất điện bởi vì anion SCN và anion CN đều chỉ cĩ một điện tử tự do. Một lỗ trống C hoặc N cĩ ít khả năng tồn tại hơn vì liên kết C≡N cần một năng lượng lớn để bẻ gãy. Lỗ trống CN (VCN hay SSCN) cĩ thể là một tâm nhận điện tử vì ion sulfide mà ion thiocyanate thế chỗ cĩ hai điện tử tự do. Các tính tốn cho thấy rằng mức năng lượng của nĩ nằm trên rìa của vùng hĩa trị (VBM) 0.30 eV, thậm chí ít hơn. Do đĩ, để gia tăng tính dẫn điện loại p, cĩ thể tổng hợp CuSCN trong các điều kiện nghèo Cu và giàu S.

Cũng theo các tính tốn[14], khối lượng hiệu dụng của các điện tử trong CuSCN khá lớn,

m* ~ 2m trong mặt phẳng ab, m* ~ m dọc theo trục c. Do đĩ, độ linh động của các điện tử thấp hơn so với trong các bán dẫn thơng thường. Khối lượng hiệu dụng của các lỗ trống tương tự với giá trị trong các bán dẫn khác, như vậy độ linh động của các lỗ trống cĩ thể tương đương với độ linh động của các điện tử, đơi khi cao hơn. Độ linh động cao của các lỗ trống, mật độ các bẫy lỗ trống thấp (VSCN) và mật độ các tâm nhận điện tử cao (nhất là VCu) giúp CuSCN trở thành một chất bán dẫn loại p rất tốt.

Một phần của tài liệu LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ TÀI NĂNG NGHIÊN CỨU MỐI NỐI DỊ THỂ PN TRÊN NỀN VẬT LIỆU ZnO (Trang 54 - 56)

Tải bản đầy đủ (DOC)

(104 trang)
w