Electrical and Optical Characteristics of Si-Nanoparticle Films Deposited onto Substrates by High-Voltage Electrospraying from Ethanol Sols


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

The optical and electrical characteristics of films consisting of nanocrystalline silicon (nc-Si) deposited onto substrates by the high-voltage electrospraying of nc-Si sols in ethanol are investigated. It is found that the interaction of ethanol droplets carrying Si nanoparticles with a corona-discharge electric field leads to the polymerization of ethanol and the formation of a polymer layer on the Si-nanoparticle surface. A high-voltage facility for depositing the films using an additional focusing electrode allows one to change the geometry of the electric field and intensity in the region of the ethanol droplet flow. As a result, nc-Si films with qualitatively different properties of the polymer on the nanoparticle surface are formed, specifically, nc-Si_A and nc-Si_B, obtained without a focusing electrode and with it, respectively. Upon annealing at temperatures of up to 400°С, the optical band gap Eg of the nc-Si_A films increases from ~1.9 to ~2.2 eV, while the Eg value of the nc-Si_B films remains constant and amounts to 1.85 eV. The constant Eg value of the nc-Si_B films is explained by the properties of the polymer on the Si-nanoparticle surface and the more effective blocking of oxygen penetration from the surrounding environment upon annealing at temperatures of up to 400°C than in the case of a polymer in nc-Si_A films. The temperature dependences of the dark and photoinduced conductivity of nc-Si_A films are approximated with good accuracy by two activation-type exponential functions and the dark activation energies are ~0.75 and 0.1 eV, respectively. The conductivity of the nc-Si_A films noticeably decreases under irradiation of the samples at wavelengths of 460–470 nm. The temperature dependences of the conductivity of the nc-Si_B films are approximated with good accuracy by exponential functions with activation energies of 0.73 (in the dark) and 0.59 eV (under photoexcitation). In contrast to the case of nc-Si_A films, the photoconductivity of nc-Si_B films grows more than fourfold relative to the dark conductivity under analogous illumination. The nc-Si_B films are photoactive and sandwich-like Al/nc-Si_B/Al structures can generate a voltage. The dark conductivity and photoconductivity of the nc-Si_A films in the voltage range of V > 2 V are determined by the two-center Poole–Frenkel effect; the concentration of the centers affecting the Poole–Frenkel conductivity is ~3 × 1017 cm–3. In nc-Si_B films in the voltage range of 2–5 V, electron transport is determined by space-charge-limited currents and, at high voltages, by the two-center Poole–Frenkel effect. The concentration of traps contributing to the space-charge-limited currents is ~4 × 1016 cm–3. The concentration of Poole–Frenkel centers affecting the conductivity decreases according to the activation law with an activation energy of 0.7 eV from 3 × 1016 to 2 × 1014 cm–3 with a decrease in temperature from 120°C to 40°C.

Об авторах

S. Bubenov

Moscow State University, Faculty of Chemistry

Email: nnk@kapella.gpi.com
Россия, Moscow, 119991

S. Dorofeev

Moscow State University, Faculty of Chemistry

Email: nnk@kapella.gpi.com
Россия, Moscow, 119991

N. Kononov

Prokhorov Institute of General Physics, Russian Academy of Sciences

Автор, ответственный за переписку.
Email: nnk@kapella.gpi.com
Россия, Moscow, 119991

D. Davydova

Moscow State University, Faculty of Chemistry

Email: nnk@kapella.gpi.com
Россия, Moscow, 119991

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Pleiades Publishing, Ltd., 2019

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».