СПОСІБ ВИГОТОВЛЕННЯ ОМІЧНОГО КОНТАКТУ МЕТАЛ-НАПІВПРОВІДНИК ДО ПЕРОВСЬКІТУ СsPbBr₃

Спосіб виготовлення омічного контакту метал-напівпровідник до перовськіту CsPbBr3, що включає механічне та хімічне полірування підкладинок CsPbBr3 та нанесення металу, який відрізняється тим, що поверхню підкладинки перед нанесенням металу обробляють не менше 20 хвилин в аргоновій плазмі при напрузі не менше 500 В та при температурі не менше 100 °C.

Корисна модель належить до технології виготовлення омічних контактів на основі напівпровідникових матеріалів, зокрема широкозонних сполук. Дослідження перовськітів є зараз однією з найбільш затребуваних тем у матеріалознавстві завдяки їхнім універсальним властивостям, оскільки вони можуть бути використані як сонячні елементи, датчики випромінювання різного типу, світловипромінюючі діоди, каталізатори та ін. Перспективність перовськітів для створення різноманітних приладів функціональної електроніки стимулює дослідження, що спрямовані на вирішення низки актуальних технологічних задач. Одна з них стосується технології отримання якісного омічного контакту з кристалами СsPbBr3, які є невід'ємною частиною структур з випрямляючим бар'єром - фотодіодів, детекторів іонізуючого випромінювання, фотоелементів сонячної енергетики. Омічний контакт також потрібен для визначення питомого опору напівпровідникового матеріалу та для проведення інших електрофізичних вимірів. Аналіз літератури [1-4] засвідчує, що створення якісного омічного контакту з СsPbBr3 є непростою задачею. Одна з труднощів отримання хорошого омічного контакту до СsPbBr3 полягає в тому, що цей перовськіт має велику роботу виходу - 5.1 еВ. Друга складність - для монокристалів СsPbBr3 не існує ефективних методів хімічного травлення. Третя складність полягає в тому, що на поверхні напівпровідника присутні електронні стани, які фіксують рівень Фермі на межі розділу, і висота бар'єру слабо залежить від типу металу [1]. Для подолання цих складнощів при створенні омічного контакту модифікацію поверхні проводять шляхом обробки ультрафіолетовим випромінюванням ксенонової лампи [2] або наносять сплави індію-галію [3]. Найближчим аналогом є спосіб створення омічного контакту, який полягає у наступному [4]. Поверхню напівпровідника шліфували, полірували і виготовляли два типи структур: з несиметричними контактами Ga/CsPbBr3/Au та з симетричними - Au/CsPbBr3/Au. Металеві контакти наносили осадженням золота методом розпилювання у вакуумі. Запропонований спосіб за корисною моделлю призводить до суттєвого покращення параметрів омічного контакту і є суттєво простішим і дешевшим, ніж запропонований в прототипі. З аналізу результатів, які отримано у найближчому аналозі, питомі опори для структур Au/CsPbBr3/Au (омічний контакт) та Ga/CsPbBr3/Ga (бар'єрний контакт) відрізняються тільки в 10 разів. Це свідчить про те, що в прототипі для структури Au/CsPbBr3/Au отримано скоріше квазіомічні контакти, опір яких майже в 10 разів більший, ніж в нашому способі виготовлення. Для структури Ag/CsPbBr3/Ag (омічний контакт), контакти для якої виготовлені згідно із заявленим способом, питомий опір майже в 100 разів менший, ніж для структури In/CsPbBr3/In (бар'єрний контакт). Задачею даної корисної моделі є не тільки здешевлення та спрощення технології, але і покращення якості омічних контактів типу метал-напівпровідник до кристалів CsPbBr3 р-типу провідності за рахунок створення на поверхні напівпровідника тонкого модифікованого шару р+-типу провідності. Це має особливе значення для визначення реального рівноважного питомого опору напівпровідникового матеріалу, оскільки утворення потенціального бар'єру на межі метал-напівпровідник суттєво змінює цей дуже важливий електрофізичний параметр за рахунок утворення збідненого шару, опір якого суттєво більший. Поставлена задача вирішується тим, що у способі виготовлення омічного контакту метал-напівпровідник до перовськіту CsPbBr3, що включає механічне та хімічне полірування підкладинок CsPbBr3 та нанесення металу, згідно з корисною моделлю, поверхню підкладинки перед нанесенням металу обробляють не менше 20 хвилин в аргоновій плазмі при напрузі не менше 500 В та при температурі не менше 100 °C. Таким чином створюється р+-р-структура, яка є оптимальною для утворення якісного омічного контакту при нанесенні металу, оскільки p+-CsPbBr3 шар має більшу роботу виходу (6,0 еВ), ніж р-CsPbBr3 (~ 5,1 еВ) та менший питомий опір. На кресленні представлена ΒΑΧ структур Ag/CsPbBr3/Ag та In/CsPbBr3/In. Зафарбовані та незафарбовані кружки - різні полярності прикладеної напруги для структури Ag/CsPbBr3/Ag. Зафарбовані та незафарбовані ромби - різні полярності прикладеної напруги для структури In/CsPbBr3/In. Площа контактів S=0.12 см2, товщина кристалів d=0,1 см. Апробація запропонованого способу проводилась на підкладинках CsPbBr3 з дірковою провідністю. Перед процесом виготовлення контактів пластинки 5×5×1 мм3 проходили механічне полірування алмазними порошками М10, М5, М1 з послідовним зменшення розміру зерна, ретельну відмивку в етилацетаті та висушування. Далі напівпровідникову пластинку обробляли протягом 20 хвилин в аргоновій плазмі в технологічній установці ВУП-5 при напрузі не менше 500 В та температурі не більше 100 °C. Відповідну обробку проводили з обох сторін пластини. У результаті цього на поверхні напівпровідникової пластини утворювався шар модифікованої поверхні p+-CsPbBr3. Модифікованої шар володів р+-типом провідності та мав опір, принаймні, в 10 раз менший за опір об'єму напівпровідника. Саме на цю поверхню наносили шар срібла методом термічного розпилювання у вакуумі через маску розміром 3,5×3.5 см2. Таким чином створювався омічний контакт на одній поверхні. Для контролю якості омічного контакту методом виміру вольт-амперної характеристики (ΒΑΧ) на протилежну поверхню напівпровідникової пластини наносили шар срібла через таку ж маску. ΒΑΧ створених таким чином контактів Ag/CsPbBr3/Ag демонстрували лінійність, починаючи з напруг U~0,1 В. Для контролю та порівняння ми виготовляли також структуру з симетричними індієвими контактами In/CsPbBr3/In. На межі поділу метал-напівпровідник індій створює бар'єрний контакт, тому ΒΑΧ таких структур мають суттєво відрізнятись від ΒΑΧ структур Ag/CsPbBr3/Ag з омічним контактом, що і продемонстровано на кресленні. Креслення наглядно демонструє, що правильний вибір відповідних контактів до перовськіту суттєво зменшує похибку при визначенні питомого опору. Для чистоти експерименту, ми виготовляли структури на тих самих кристалах, щоб зменшити похибку, яка, наприклад, може виникнути через їх неоднорідність. Результати, в межах похибки, були аналогічними. Застосований спосіб приводить до суттєвого покращення параметрів омічного контакту і є суттєво простішим і дешевшим, ніж запропонований в прототипі. Для структури Ag/CsPbBr3/Ag, контакти для якої виготовлені згідно із заявленим способом, питомий опір майже в 100 разів менший, ніж для структури In/CsPbBr3/In. З аналізу результатів, які отримано в прототипі, питомі опори для структур Au/CsPbBr3/Au (омічний контакт) та Ga/CsPbBr3/Ga (бар'єрний контакт) відрізняються тільки в 10 разів. Це свідчить про те, що в прототипі для структури Au/CsPbBr3/Au отримано скоріше квазіомічні контакти, опір яких майже в 10 разів більший, ніж в нашому способі виготовлення. Слід зауважити, щоби полегшити порівняння отриманих нами результатів в корисній моделі та в прототипі, товщину кристалу та площу контактів ми зробили однаковою з прототипом. Джерела інформації: 1. J. Endres, M. Kulbak, L. Zhao et al. Electronic structure of the CsPbBr3/polytriarylamine (PTAA) system. J. Appl Phys., 2017, 121(3), 035304. 2. J. Ding, Y. Zhao, J. Duan et al. Alloy-Controlled Work Function for Enhanced Charge Extraction in All-Inorganic CsPbBr3 Perovskite Solar Cells, ChemSus Chem, 2018, 11(9), pp. 1432-1437. 3. L. Su. Growth of a Sub-Centimeter-Sized CsPbBr3 Bulk Single Crystal Using an Anti-Solvent Precipitation Method. Symmetry 2024, 16, 332. https://doi.org/10.3390/syml6030332 4. He, Y., Matei, L., Jung, HJ. et al High spectral resolution of gamma-rays at room temperature by perovskite CsPbBr3 single crystals. Nat. Commun 9, 1609 (2018).https://doi.org/10.1038/s41467-018-04073-3.