Фотопроводимость хлопковых волокон, легированных йодом
Фотопроводимость хлопковых волокон, легированных йодом
Абдукаримов А.А.
Изучение фотоэлектрических свойств полупроводников позволяют выявить физические закономерности в различных структурах, включая наноструктуры и открывает новые возможности создания дискретных элементов на их основе. В последнее время установлено, что хлопковые волокна (ХВ) обладают полупроводниковыми свойствами. Структура ХВ представляет собой из элементарных микрофибрилл целлюлозы. Они состоят из мицеллярных пучков. ХВ имеют области с упорядоченным расположением молекул (кристаллы) и аморфные области, размеры которых порядка 5-60 нанометров.
Физические свойства различных сортов ХВ, легированных йодом исследованы в [1,2]. Из этих работ следует, что их полупроводниковые свойства зависят от сорта ХВ. Свойства ХВ сорта "Гульбахор", легированных йодом ("Гульбахор"<I>) практически не изучены. В связи с вышеизложенным в данной работе приведены результаты исследования фотоэлектрических свойств ХВ сорта "Гульбахор"<I>.
Легирование ХВ йодом производилась при t=20-600С, в течении 0,5 -10 часов. Образцы представляли собой параллельно уложенные друг к другу волокна в количестве 2000-8000 штук, размещенные в кварцевый корпус. В качестве омических контактов и герметизации были использованы электропроводящий клей на основе графита и лака Hц. Длина образца составляют 10мм.
Измерения показали, что ВАХ (V=0-400В), ХВ сорта "Гульбахор"<I> без освещения и при освещении УФ светом с hυ=5 эВ имеет линейный характер. При освещении образца УФ светом, отношение Jф/Jт = 3-12, где Jф Jт- фото и темновой ток, соответственно. Измерения кинетики фотопроводимости (ФП) при освещении УФ светом с hυ=5 эВ показали, что нарастания фототока происходит по экспоненциальному закону. Сопоставления кинетики ФП ХВ сортов "Гульбахор" и Ф -175, легированных йодом показывает, что спад ФП в ХВ сорта "Гульбахор"<I> присходит в 10 раз быстрее, чем Ф -175<I> . Это показывает преимущество ХВ сорта "Гульбахор"<I> в создании фотоприемников работающие с УФ области спектра.
Для того, чтобы выяснить особенности сорта электрических свойств ХВ "Гульбахор"<I> были изучены спектры ФП без и при постоянной подсветке УФ светом с hυ= 5эВ. Измерения показали, что даже после длительной выдержки (в течении 4-х часов) образцы в темноте, спектр ФП начинается с hυ=0,67 эВ. При увеличении энергии квантов наблюдается резкий излом при hυ= 0,8 эВ и hυ= 2,4эВ. При постоянной подсветке, начиная с hυ=0,67 эВ видно рост ФП выше, чем фонового значения и с hυ=0,8эВ происходит уменьшение ФП ниже фонового до hυ=2,4 эВ , т.е наблюдается ИК гашение ФП. Используя классическую зонную модель полупроводника, особенности ФП ХВ сорта "Гульбахор"<I> можно объяснить следующим образом. фотоэлектрический полупроводник хлопковый волокно
Начало спектра ФП (hυ=0,67), по - видимому, обусловлено тем, что йод в ХВ сорта "Гульбахор" создаёт глубокий уровень с энергией ионизации Еtp=0,67 эВ. Отметим, что ширина запрещённой зоны ХВ Eg= 3,2 эВ[3]. Если учесть, что ХВ после легирование йодом имеет n-тип проводимости, то можно считать, что уровень расположен в верхней половине запрещённой зоны с Еt1 =Ес -0,67 эВ и имеет донорный характер. Рост ФП начиная с hυ= 0,67 эВ обусловлен оптическим переходом электронов с уровня Еt1 в зону проводимости. Спад ФП начиная с hυ=0,8 эВ и рост ФП с hυ=2,4эВ, обусловлены оптическими переходами электронов из валентной зоны на уровень Еt2 =Еυ=0,8 эВ и с уровня в зону проводимости, с последующей рекомбинацией свободных электронов с дырками валентной зоны через неконтролируемые рекомбинационные центры Nr.
ИК гашение ФП связано с оптическим переходом электронов с уровня Еt1 =Ес -0,67 эВ в зону проводимости и из валентной зоны на акцепторные уровни Еt2 =Еυ+0,8 эВ, с последующей рекомбинацией электронно - дырочных пар через рекомбинационные центры Nr. В качестве этих центров могут выступать различные загрязнения в ХВ, кутикулы или границы между аморфными и кристаллическими состояниями.